גלגל

גלגל (נקרא גם אופַן) הוא מכשיר מכני בצורת גליל או טורוס, אשר פעולתו הבסיסית ביותר היא המרת תנועה סיבובית (לרוב סביב ציר קבוע) לתנועה בקו ישר. גלגל עם ציר הוא אחד משש המכונות הפשוטות המוכרות עוד מן העת העתיקה של אירואפרסיה. אופן מתייחס באופן פרטני יותר לגלגל המשמש אמצעי תחבורה.

גלגלים אינם קיימים בטבע, והגלגל נחשב לאחת ההמצאות העתיקות החשובות ביותר. כיום הגלגל עם ציר הוא הבסיס לתחבורה ולרוב המכונות שנמצאות בשימוש.

המצאת הגלגל
המצאת הגלגל מיוחסת לתרבות קדומה אשר התקיימה בדרום מסופוטמיה בתקופת עובייד באלף החמישי לפנה"ס. היא גם נחשבת להמצאה פשוטה לכאורה, אך גאוניותה בפשטותה, שכן התנופה שנתנה המצאת הגלגל הייתה משמעותית ביותר מבחינה טכנולוגית והיוותה מפנה גם מבחינה היסטורית.

עד שהומצא הגלגל גררו משאות על משטחים כשלצורך זה היו מגייסים מספר רב של אנשים, כדי להזיז מטען בסדר גודל של עשרות קילוגרמים. לאחר המצאת הגלגל די היה באיש או בעל-חיים רתום אחד שיעשה את אותה עבודה.

נראה שבשלב ראשון גילו בני-האדם שלצורך העברת חפצים כבדים ממקומם ניתן לשאת אותם או לגרור אותם על הקרקע. בשלב מאוחר, המגלשת נכנסה לשימוש אשר הלך וגבר. על מנת להקל עוד את המלאכה, בזמנים ומקומות בהם לא נערם שלג על הרצפה ואפשר שימוש במזחלות, אפשר היה להיעזר בבולי עץ בעלי צורה מעוגלת. ומכאן הדרך לשים את בולי העץ מתחת למשאות לא הייתה ארוכה, וכך הבחינו שבעצם אפשר לחתוך את בולי העץ לחתיכה דקה וכך נוצר הגלגל הראשון.

עדויות ארכאולוגיות ראשונות לשימוש בגלגל 

לפי העדויות שבידי הארכאולוגים, כלי רכב בעלי גלגלים הומצאו לאחר שנת 4000 לפנה"ס. על פי הממצאים, ככל הנראה בסביבות שנת 3500 לפנה"ס:
 טבלאות חימר ועליהן סימנים פיקטוגרפיים של "קרון עם גלגלים" נמצאו ברובע מקדש איאנה (Eanna) בחפירות הארכאולוגיות שבאוּרוּכּ (ארך). מתוך כמה אלפי טבלאות, הסימן ל"עגלה" מופיע שלוש פעמים בלבד. זאת בעוד הסימן של "מזחלת" מופיע 38 פעמים. ייתכן ומכך ניתן לשער שהשימוש במזחלות (אשר נמשכו על ידי שוורים) קדם לשימוש בעגלות עם גלגלים.
תיארוך מדויק של הטבלאות אינו ניתן לביצוע, אך בדיקה מעלה כי שרידי עץ מגג מבנה המקדש, שנשרף, שימשו לבנייתו בתקופה שבין 3300-3100 לפנה"ס. המקום שבו נמצאו השרידים נקרא היום בערבית וַרְכּא (وركاء), וממוקם כ30 ק"מ מזרחה מסמאווה, במחוז אל-מות'נא שבעיראק.
 באתר החפירות ארְסְלנְטפּ (Arslantepe) (ליד מלטיה שבמזרח אנטוליה, טורקיה) בתוך הריסותיו של ארמון-מקדש, נמצא פריט מיניאטורי דמוי-גלגל עשוי מחימר, אשר ייתכן והיה חלק מדגם זעיר-אנפין של עגלה. פריט זה תוארך לשנים שבין 3400-3100 לפנה"ס.
התיעוד הברור המוקדם ביותר של רכב עם גלגלים, הוא ציור חרס שתוארך לשנים שבין 3350-3500 לפנה"ס. זהו ציור של קרון ולו ארבעה גלגלים, עול ורתמה. הוא נמצא על גבי כד מחרס באזור ברונוצ'יצה שבפולין ומשויך לתרבות פִּיית המשפך (Funnelbeaker culture או TRB - Trichterbecker) . החרס נמצא כיום במוזיאון הארכאולוגי שבעיר קרקוב.
 ציור של שתי דמויות בקר ארוך-קרניים, המושכות מה שנראה כמו עגלה דו-גלגלית, נחקקו על קיר אבן באתר הקבורה Lohne-Züschen של תרבות וורטברג , ליד הסן שבמרכז גרמניה. התיארוך, בין השנים ,3400-2800 לפנה"ס, אינו ניתן לביצוע בדיוק רב יותר.
 קדירת מתכת - שעל צדה מרוקעת דוגמה שמייצגת עֹל, גלגל, קרון וחיה מושכת - נמצאה בקוּרְגן של אֶבְדִיק (Evdik), ליד שפך הוולגה ותוארכה לשנים שבין 3500-3100 לפנה"ס.
 דגמים תלת-ממדיים של עגלות עם ארבעה גלגלים נמצאו במטמונות-תקרובת בשני קברים השייכים לתרבות באדן (Pécel) המאוחרת - ב-Budakalász ו-Szigetszentmárton במחוז פֶּסְט (Pest) שבמרכז הונגריה - תוארכו באופן מוסכם לשנים שבין 3300-3100 לפנה"ס.
 שרידים של כ-250 עגלות וקרונות אשר הוטמנו בתִלי-קבורה (קורגן, או רוג'ום) בין השנים 3000-2000 לפנה"ס בערך, נמצאו באתרים שונים בערבות אוקראינה (שבמערב הערבה האירואסייתית). הקדומים שבשרידי העץ מממצאים אלו, תוארכו (בתיארוך פחמן-14) בממוצע לשנים 3300-2800 לפנה"ס.

מכניקה

גלגל ללא ציר הוא שימוש מוקדם ופשוט בגלגל, שבעזרתו ניתן לקדם משאות כבדים ללא הפסד עבודה בגין החיכוך של המשא עם האדמה. חיסרון בולט של השימוש הפשוט הוא שהמשא מתקדם במהירות כפולה מזו של הגלגל ולכן את הגלגלים צריך לקדם בנפרד כל משך התנועה.

גלגל המחובר לציר הוא המכונה אליה מתייחסים בדרך כלל. כיוון שהתנועות החזקות ביותר בטבע (כמו הפעלה של שרירים, תנועה של בהמת משא, מים זורמים) הן קוויות ואופקיות, השילוב של גלגל עם ציר איפשר בעת העתיקה לשנות את כיוון התנועות לכיוון אחר מבוקש (על ידי הטיה של גלגל אנכית בגלגל-טחנה אשר ממונע על ידי סוס, למשל). האנרגיה של הכוח הקווי המושקע נשמרת בזכות התנועה הסיבובית של הגלגל, במקום שחלקה הגדול יאבד בגלל חיכוך המכונה עם המשטח.

גלגל יכול לשמש כדי להמיר כוחות גדולים לקטנים המופעלים על ידי חיכוך עם חגורות או גלגלים אחרים. השילוב של הגלגל עם יתדות הביאה להמצאת גלגלי השיניים, שהכרחיים להרבה מכונות בתעשייה. וריאציות אחרות של גלגלים הן המצאת הגלגלת והעגורן.

מבנה הגלגל

חישוק
חישוק הוא חלקו החיצוני, הטבעתי, של הגלגל. בגלגל חישור, צידו הפנימי של החישוק מחובר במוטות למרכז הגלגל. בגלגלי עץ נוספת על החישוק מבחוץ מעטפת של עור או ברזל אשר מצמידה יחדיו את חלקי הגלגל כדי שלא יתפרק. ברוב הגלגלים המודרניים עוטף צמיג את החישוק מבחוץ.

מרכז הגלגל
מרכז הגלגל מחובר לחישורי הגלגל. לרוב הוא מכיל מסב המאפשר לו לתמוך בסרן, או לחלופין מקובע לסרן והמסב תומך בנקודה הנשענת על הסרן.

חישור
חישור הוא מוט (מעץ, מתיל מתכת וכדומה) רדיאלי המחבר את מרכז הגלגל אל היקפו (החישוק). החישורים לרוב מאונכים למרכז הגלגל, בחלק מהגלגלים המודרניים הם משיקים לו.
גלגלי דיסקה, גלגלים יצוקים ואחרים, עשויים מקשה אחת או יותר, אינם עושים שימוש בחישורים. היתרון העיקרי בחישורים הוא משקל נמוך לגלגל, אך גם גמישות ובלימת זעזועים. חסרונם בכך שהם פחות עמידים בעומס.

צמיג

הצְמיג הוא מעטפת גומי טבעתית העוטפת את החישוק. תפקיד הצמיג לספק אחיזת כביש לכלי הרכב, לבלום זעזועים ולהגן על החישוק.

גלגלים בכלי תחבורה מודרניים

עם היותו מקטין מומנט סיבובי, מפחית חיכוך והקטנת הכוח הדרוש להזזת עצמים, הגלגל הפך לגורם חשוב ביותר בתחבורה. בכלי רכב עם יותר מגלגל אחד (כמו אופנוע, מכונית, אוטובוס משאית או רכבת), הגלגל אינו בא במגע עם המשטח באופן ישיר, אלא מהווה נקודת עיגון לצמיג גמיש, אשר בדרך כלל ממולא באוויר דחוס. לכלי רכב הנעים על פסים המקרה שונה. פיתוח של גלגלים המאפשרים להם לנוע בפני קרקע קשים למעבר הוא מסילות זחל המורכבות על הגלגלים, ואשר אותם אפשר למצוא עם טרקטורים מסוימים וכלי צבא משוריינים (טנקים למשל). כלי רכב יבשתיים הנעים ללא גלגלים הם רחפת, רכבת חד-פסית (מונורייל) אלקטרו-מגנטית, וכלי הרכב המיועדים לתנועה על שלג, דוגמת מזחלת, סנובורד וסקי.

כלים טכנולוגיים מבוססי גלגלים 
 כלי רכב: החל מאופניים, דרך מכוניות וכלה ברכבות.
 מחרשות לעבודת האדמה.
 מכשירי טווייה.
 שיטת הסרט הנע בייצור המוני ובמדרגות נעות.
 שעונים מכניים המבוססים על גלגלי שיניים.
 מנופים כשבאמצעות מערכות גלגלים, נוצר אפקט של התרחקות מאובייקט ההרמה.
 מכונת החישוב של פסקל, ומכונות חישוב מכניות רבות נוספות, היו מבוססות על מערכות גלגלים.
 מכונות רבות בתעשייה.

ראו גם 
 גלגל מניע
 אשליית גלגל העגלה
 חיכוך בגלגול

לקריאה נוספת
 Anthony, David W. The Horse, The Wheel and Language: How Bronze-Age Riders from the Eurasian Steppes Shaped the Modern World  Princeton: Princeton University Press, 2007 .
 William J. Hamblin Warfare in the Ancient Near East to 1600 BC (Warfare and History) [Kindle Edition] Taylor & Francis, 2007 .

קישורים חיצוניים

 
 
 Inventing the wheel, Google Arts & Culture, 2019

הערות שוליים

טכנולוגיה תחבורתית
מכונות פשוטות