Filozofia pojęć technicznych (89). Ślizg

Niewątpliwie wynalazek koła jest najważniejszy – w największym stopniu zdecydował (jak dotąd) o rozwoju cywilizacji. Społeczeństwa nie znające koła znikły w „mrokach historii”. Kto był tym wynalazcą wszechczasów, nie wiadomo. Wiadomo, że koło (a właściwie piastę i oś) mógł wynaleźć „Polak”, bo najstarszy wizerunek wozu kołowego znaleziono na ceramicznej wazie w Bronocicach w powiecie pińczowskim. Liczy ok. 5,5 tys. lat. Ludzie bardzo szybko zorientowali się, że siła tarcia tocznego hamująca ruch zależna jest nie tylko od masy wozu i rodzaju powierzchni trących, ale także (odwrotnie proporcjonalnie) od średnicy koła, stąd dążenie do budowy kół możliwie największych. Skończyło się to z chwilą wynalezienia napędu własnego, który wymagał większego tarcia, by nadać pojazdowi przyspieszenie. Auto na lodzie nie ruszy z miejsca. Gdyby zaś koła samochodowe miały dwukrotnie większą średnicę, to wyobraźmy sobie, jaki kłopot mieliby konstruktorzy hamulców. Ze względu na masę i jej bezwładność z ruchem wiąże się więc zarówno problem napędu jak i hamowania, a mówiąc jeszcze prościej - zagadnienie zmiennego zapotrzebowania na tarcie.

Te, nieco szkolarskie uwagi prowadzą nas do wniosku, że koło jest tylko jednym z wielu sposobów dążenia do regulacji współdziałania poruszającego się obiektu z powierzchnią. Możemy więc oczekiwać np. prac nad „kołem inteligentnym”, które zmienia swą średnicę i współczynnik tarcia w zależności od sytuacji. Dotychczasowy brak takich patentów może trochę dziwić; coroczna wymiana kół na zimowe i letnie to żałosny koncept, niegodny XXI w. Na razie pojęcie „koła inteligentnego” ogranicza się do koła z wbudowanym napędem elektrycznym (są już takie rowery), ale nie ma to związku z naszym tematem.

Inny kierunek myślenia o rozwiązaniu to oczywiście praca nad „inteligentnym ślizgiem”. Od niej zależy, jak szybko wyjdziemy z „epoki koła”, bo wyjdziemy z niej na pewno. Definicje fizyczne ślizgu mogą być różne, w zależności od powierzchni, po jakiej porusza się obiekt. Np. ślizg na wodzie następuje wtedy, gdy siła parcia dynamicznego od napędu jest większa od siły wyporu statycznego. Ruch ślizgacza to świetnie wyraża – wypór jest tu bliski zeru, tylko taki, jakiego wymaga zanurzenie śruby lub dyszy. Ślizgacz praktycznie unosi się nad wodą. Wystarczy jednak, że zwolni, a łódź natychmiast się zanurza zwiększając wypór i tarcie. Ten przykład wskazuje, że istnieją znacznie prostsze sposoby regulacji siły tarcia niż „koło inteligentne”.

Sukcesy na tej drodze są na razie połowiczne; niewielki poduszkowiec powietrzny o masie do 1200 kg wymaga dwóch silników (nie mniej niż 90 i 45 kW), jest przy tym słabo sterowalny. Ekranoplan również nie znalazł szerszego zastosowania. Pociąg pneumatyczny (w rurze) lub magnetyczny oznacza potężne inwestycje. Ale prędkość japońskiego pociągu Maglev – 600 km/h jest imponująca. Nawiasem mówiąc nie ma tu żadnej „poduszki”, lecz system unoszenia elektrodynamicznego przez odpychanie (EDS) lub elektromagnetycznego przez przyciąganie(EMS). W ślad za koleją firma Lexus opracowała „lewitującą deskę”, wyposażoną w magnesy nadprzewodzące chłodzone azotem. Może unieść człowieka. Niestety – wymaga magnetycznego podłoża.

W narciarstwie crossowym stosowane są tzw. foki lub „rybia łuska” zwiększające tarcie przy podchodzeniu pod górę, ale to również są kiepskie rozwiązania, pogarszające zjazd. Te przykłady wskazują, że osiągnięcia w dziedzinie „ślizgu inteligentnego” są (z wyjątkiem kolei magnetycznej) wysoce niezadowalające.

Cała nadzieja w nowych, inteligentnych materiałach. Jest to z pewnością kierunek godny miana innowacyjnego, bo próby przeciwdziałania grawitacji są podejmowane od XIX wieku, a regulowany współczynnik tarcia może być tylko własnością materiałów, jakich jeszcze nie ma. 

Zygmunt Jazukiewicz