Rueda - Wheel

Para otros usos, consulte Rueda (desambiguación) y Ruedas (desambiguación) .

Esta rueda de las marismas de Liubliana con eje es la rueda de madera más antigua descubierta hasta ahora y que data de la Edad del Cobre (c. 3130 a. C.)
Tres ruedas de radios en un triciclo antiguo
Una rueda antigua hecha de una pieza sólida de madera.

Una rueda es un componente circular que está diseñado para girar sobre un cojinete de eje . La rueda es uno de los componentes clave de la rueda y el eje, que es una de las seis máquinas simples . Las ruedas, junto con los ejes, permiten mover objetos pesados ​​fácilmente facilitando el movimiento o el transporte mientras soportan una carga o realizan labores en las máquinas. Las ruedas también se utilizan para otros fines, como el timón de un barco , el volante , el torno de alfarero y el volante .

Se encuentran ejemplos comunes en aplicaciones de transporte . Una rueda reduce en gran medida la fricción al facilitar el movimiento al rodar junto con el uso de ejes . Para que las ruedas giren, es necesario aplicar un momento a la rueda alrededor de su eje, ya sea por gravedad o mediante la aplicación de otra fuerza o par de torsión externos . Usando la rueda, los sumerios inventaron un artilugio que hace girar la arcilla mientras un alfarero le da forma al objeto deseado.

Etimología

La palabra inglesa rueda proviene de la palabra inglesa antigua hweol, hweogol , del protogermánico * hwehwlan, * hwegwlan , del protoindoeuropeo * k w ek w lo- , una forma extendida de la raíz * k w el- " para girar, moverse ". Los cognados dentro del indoeuropeo incluyen el islandés hjól "rueda, neumático", el griego κύκλος kúklos y el chakra sánscrito , los dos últimos significan "círculo" o "rueda".

Historia

El lugar y el momento de una invención de la rueda no está claro, porque los indicios más antiguos no garantizan la existencia de un transporte con ruedas real, o están fechados con demasiada dispersión. A la civilización mesopotámica se le atribuye la invención de la rueda. Sin embargo, a diferencia de otras invenciones revolucionarias, la rueda no se puede atribuir a uno ni a varios inventores. Se han encontrado pruebas del uso temprano de carros con ruedas en Oriente Medio , Europa , Europa del Este y China . No se sabe si los chinos y los europeos inventaron la rueda de forma independiente o no.

La invención de la rueda de disco de madera maciza cae en el Neolítico tardío y puede verse junto con otros avances tecnológicos que dieron lugar a la Edad del Bronce temprana . Esto implica el paso de varios milenios sin rueda incluso después de la invención de la agricultura y de la alfarería , durante el Neolítico Aceramico .

Una representación de un carro tirado por un onagro en el "estandarte de batalla de Ur " sumerio (c. 2500 aC)

A la cultura Halaf de 6500-5100 aC a veces se le atribuye la descripción más antigua de un vehículo con ruedas, pero esto es dudoso ya que no hay evidencia de que los halafianos usen vehículos con ruedas o incluso ruedas de alfarería. Los precursores de las ruedas, conocidos como "tournettes" o "ruedas lentas", fueron conocidos en el Medio Oriente en el quinto milenio antes de Cristo. Uno de los primeros ejemplos se descubrió en Tepe Pardis, Irán , y data de 5200-4700 a. C. Estos estaban hechos de piedra o arcilla y asegurados al suelo con una clavija en el centro, pero requirieron un gran esfuerzo para girar. Las verdaderas ruedas de alfarero, que giran libremente y tienen un mecanismo de rueda y eje , se desarrollaron en Mesopotamia ( Irak ) entre el 4200 y el 4000 a. C. El ejemplo sobreviviente más antiguo, que se encontró en Ur (actual Irak ), data aproximadamente del 3100 a. C. También se han encontrado ruedas de fechas inciertas en la civilización del valle del Indo , una civilización del cuarto milenio a. C. que cubre áreas de la actual India y Pakistán .

Se encontró que la evidencia indirecta más antigua del movimiento con ruedas en forma de miniatura ruedas de arcilla al norte del Mar Negro antes de 4000 aC A partir de mediados del cuarto milenio antes de Cristo en adelante, la evidencia se condensa en toda Europa en forma de coches de juguete, representaciones, o surcos. En Mesopotamia , las representaciones de vagones con ruedas encontradas en pictografías de tablillas de arcilla en el distrito de Eanna de Uruk , en la civilización sumeria , datan de c. 3500-3350 a. C. En la segunda mitad del cuarto milenio antes de Cristo, la evidencia de vehículos con ruedas apareció casi simultáneamente en el norte ( cultura Maykop ) y el sur del Cáucaso y Europa del este ( cultura Cucuteni-Trypillian ). Las representaciones de un vehículo con ruedas aparecieron entre 3631 y 3380 a. C. en la vasija de barro Bronocice excavada en un asentamiento de la cultura Funnelbeaker en el sur de Polonia . En la cercana Olszanica , se construyó una puerta de 2,2 m de ancho para la entrada de los carros; este granero tenía 40 m de largo con 3 puertas, databa de 5000 aC - 7000 años, y pertenecía a la cultura neolítica de alfarería lineal . La evidencia sobreviviente de una combinación de rueda-eje, de Stare Gmajne cerca de Ljubljana en Eslovenia ( Ljubljana Marshes Wooden Wheel ), está fechada dentro de dos desviaciones estándar a 3340-3030 aC, el eje a 3360-3045 aC. Se conocen dos tipos de ruedas y ejes europeos del Neolítico temprano; un tipo de construcción de vagón circumalpino (la rueda y el eje giran juntos, como en Ljubljana Marshes Wheel), y el de la cultura de Baden en Hungría (el eje no gira). Ambos están fechados en c. 3200-3000 a. C. Algunos historiadores creen que hubo una difusión del vehículo con ruedas desde el Cercano Oriente a Europa a mediados del IV milenio antes de Cristo.

Ruedas sólidas en un pesado automóvil templo , en contraste con las ruedas más ligeras con radios de alambre de la bicicleta negra roadster en primer plano

Las primeras ruedas eran simples discos de madera con un orificio para el eje. Algunas de las primeras ruedas se hicieron a partir de rodajas horizontales de troncos de árboles. Debido a la estructura desigual de la madera , una rueda hecha con una rodaja horizontal de un tronco de árbol tenderá a ser inferior a una hecha con piezas redondeadas de tablas longitudinales.

La rueda de radios se inventó más recientemente y permitió la construcción de vehículos más ligeros y rápidos. Los primeros ejemplos conocidos de ruedas de radios de madera se encuentran en el contexto de la cultura Sintashta , que data de c. 2000 aC ( lago Krivoye ). Poco después de esto, las culturas ecuestres de la región del Cáucaso utilizaron carros de guerra tirados por caballos con ruedas de radios durante la mayor parte de tres siglos. Se adentraron profundamente en la península griega, donde se unieron a los pueblos mediterráneos existentes para dar lugar, finalmente, a la Grecia clásica después de la ruptura del dominio minoico y las consolidaciones lideradas por Esparta y Atenas preclásicas . Los carros celtas introdujeron un borde de hierro alrededor de la rueda en el primer milenio antes de Cristo.

En China , se han encontrado huellas de ruedas que datan de alrededor del 2200 a. C. en Pingliangtai, un sitio de la cultura Longshan . También se encontraron huellas similares en Yanshi , una ciudad de la cultura Erlitou , que data de alrededor del 1700 a. C. La evidencia más temprana de ruedas de radios en China proviene de Qinghai , en forma de dos cubos de rueda de un sitio fechado entre 2000 y 1500 a. C.

En Gran Bretaña, una gran rueda de madera, que mide aproximadamente 1 m (3,3 pies) de diámetro, fue descubierta en el sitio de Must Farm en East Anglia en 2016. El espécimen, que data de 1.100 a 800 a. C., representa el más completo y antiguo de sus tipo encontrado en Gran Bretaña. El cubo de la rueda también está presente. La columna vertebral de un caballo que se encuentra cerca sugiere que la rueda pudo haber sido parte de un carro tirado por caballos. La rueda se encontró en un asentamiento construido sobre pilotes sobre un humedal, lo que indica que el asentamiento tenía algún tipo de vínculo con tierra firme.

Una figura que presenta la rueda inventada independientemente del Nuevo Mundo . Entre los lugares donde se encontraron juguetes con ruedas, Mesoamérica es el único donde la rueda nunca se puso en práctica antes del siglo XVI.

Aunque el uso a gran escala de ruedas no ocurrió en las Américas antes del contacto con los europeos, se han encontrado numerosos artefactos pequeños con ruedas, identificados como juguetes para niños, en sitios arqueológicos mexicanos, algunos de los cuales datan aproximadamente del 1500 a. C. Algunos argumentan que el principal obstáculo para el desarrollo a gran escala de la rueda en las Américas fue la ausencia de animales grandes domesticados que pudieran usarse para tirar de carruajes con ruedas. El pariente más cercano del ganado presente en América en la época precolombina, el bisonte americano , es difícil de domesticar y nunca fue domesticado por los nativos americanos; Varias especies de caballos existieron hasta hace unos 12.000 años, pero finalmente se extinguieron. El único animal grande que fue domesticado en el hemisferio occidental, la llama , un animal de carga, pero no apto físicamente para usarlo como animal de tiro para tirar de vehículos con ruedas, y el uso de la llama no se extendió mucho más allá de los Andes en la época de la llegada de los europeos.

Por otro lado, los mesoamericanos nunca desarrollaron la carretilla , el torno de alfarero , ni ningún otro objeto práctico con torno o ruedas. Aunque está presente en una serie de juguetes, muy similares a los que se encuentran en todo el mundo y que todavía se fabrican para los niños en la actualidad ("juguetes de arrastre"), la rueda nunca se puso en uso práctico en Mesoamérica antes del siglo XVI. Posiblemente, lo más cerca que estuvieron los mayas de la rueda utilitaria es la espiral , y algunos eruditos creen que estos juguetes fueron hechos originalmente con espirales y palos como "ruedas" y "ejes".

Los nubios de alrededor del 400 a. C. usaban ruedas para hilar cerámica y como ruedas hidráulicas . Se cree que las ruedas hidráulicas nubias pudieron haber sido impulsadas por bueyes. También se sabe que los nubios usaban carros tirados por caballos importados de Egipto .

La rueda apenas se usó, con la excepción de Etiopía y Somalia , en el África subsahariana hasta bien entrado el siglo XIX, pero esto cambió con la llegada de los europeos .

La rueda de radios se siguió utilizando sin modificaciones importantes hasta la década de 1870, cuando se inventaron las ruedas de radios de alambre y los neumáticos . Los neumáticos pueden reducir en gran medida la resistencia a la rodadura y mejorar la comodidad. Los radios de alambre están bajo tensión, no compresión, lo que hace posible que la rueda sea rígida y liviana. Las primeras ruedas de alambre de radios radiales dieron lugar a las ruedas de alambre de radios tangenciales, que se utilizaron ampliamente en los automóviles hasta finales del siglo XX. Las llantas de aleación fundida se utilizan ahora con mayor frecuencia; Las llantas de aleación forjadas se utilizan cuando el peso es crítico.

La invención de la rueda también ha sido importante para la tecnología en general, aplicaciones importantes que incluyen la rueda hidráulica , la rueda dentada (ver también mecanismo antikythera ), la rueda giratoria y el astrolabio o torquetum . Los descendientes más modernos de la rueda incluyen la hélice , el motor a reacción , el volante ( giroscopio ) y la turbina .

Mecánica y función

Esta sección trata sobre la aplicación para el transporte. Para la máquina simple, consulte Rueda y eje .

Un vehículo con ruedas requiere mucho menos trabajo para moverse que simplemente arrastrar el mismo peso. La baja resistencia al movimiento se explica por el hecho de que el trabajo de fricción realizado ya no está en la superficie que atraviesa el vehículo, sino en los cojinetes . En el caso más simple y antiguo, el cojinete es simplemente un orificio redondo a través del cual pasa el eje (un " cojinete liso "). Incluso con un cojinete liso, el trabajo de fricción se reduce considerablemente porque:

  • La fuerza normal en la interfaz deslizante es la misma que con un simple arrastre.
  • La distancia de deslizamiento se reduce para una determinada distancia de viaje.
  • El coeficiente de fricción en la interfaz suele ser menor.

Ejemplo:

  • Si un objeto de 100 kg se arrastra durante 10 m a lo largo de una superficie con el coeficiente de fricción μ  = 0.5, la fuerza normal es 981 N y el trabajo realizado ( energía requerida ) es (trabajo = fuerza x distancia) 981 × 0.5 × 10 = 4905 julios .
  • Ahora dale al objeto 4 ruedas. La fuerza normal entre las 4 ruedas y los ejes es la misma (en total) 981 N. Suponga, para madera, μ  = 0.25, y digamos que el diámetro de la rueda es 1000 mm y el diámetro del eje es 50 mm. Entonces, mientras el objeto todavía se mueve 10 m, las superficies de fricción deslizantes solo se deslizan una sobre la otra una distancia de 0.5 m. El trabajo realizado es 981 × 0,25 × 0,5 = 123 julios; el trabajo realizado se ha reducido a 1/40 del de arrastre.

Se pierde energía adicional de la interfaz rueda-carretera. Esto se denomina resistencia a la rodadura, que es predominantemente una pérdida por deformación. Depende de la naturaleza del suelo, del material de la rueda, de su inflado en el caso de un neumático, del par neto ejercido por el motor eventual y de muchos otros factores.

Una rueda también puede ofrecer ventajas al atravesar superficies irregulares si el radio de la rueda es lo suficientemente grande en comparación con las irregularidades.

La rueda por sí sola no es una máquina, pero cuando se une a un eje junto con un cojinete, forma la rueda y el eje , una de las máquinas simples . Una rueda motriz es un ejemplo de rueda y eje. Las ruedas son anteriores a las ruedas motrices en unos 6000 años, y en sí mismas son una evolución del uso de troncos redondos como rodillos para mover una carga pesada, una práctica que se remonta a la prehistoria hasta ahora que no ha sido fechada.

Construcción

Este artículo trata sobre la estructura de la rueda. Para la fabricación de ruedas de radios de alambre, consulte Construcción de ruedas . Para la fabricación de ruedas sin radios de alambre, consulte Construcción de ruedas .

Borde

Artículo principal: Llanta (rueda)
Una rueda de aleación de aluminio

La llanta es el "borde exterior de una rueda que sostiene el neumático". Constituye el diseño circular exterior de la rueda en la que se monta el borde interior del neumático en vehículos como automóviles . Por ejemplo, en una rueda de bicicleta, la llanta es un aro grande unido a los extremos exteriores de los radios de la rueda que sujeta el neumático y la cámara.

En el primer milenio antes de Cristo se introdujo un borde de hierro alrededor de las ruedas de madera de los carros .

Centro

El cubo es el centro de la rueda y normalmente alberga un cojinete y es donde se unen los radios.

Una rueda sin cubo (también conocida como rim-rider o rueda sin centro) es un tipo de rueda sin cubo central . Más específicamente, el cubo es casi tan grande como la propia rueda. El eje es hueco, siguiendo la rueda con tolerancias muy estrechas .

Radios

Artículo principal: habló
Una rueda de rayos en exhibición en el Museo Nacional de Irán , en Teherán . La rueda data de finales del segundo milenio antes de Cristo y fue excavada en Choqa Zanbil .

Un radio es una de varias varillas que irradian desde el centro de una rueda (el cubo donde se conecta el eje ), conectando el cubo con la superficie de tracción redonda. El término originalmente se refería a porciones de un tronco que se había dividido longitudinalmente en cuatro o seis secciones. Los miembros radiales de una rueda de carro se hicieron tallando un radio (de un tronco) en su forma final. Un rayo es una herramienta desarrollada originalmente para este propósito. Finalmente, el término radio se aplicó más comúnmente al producto terminado del trabajo del carretero que a los materiales utilizados.

Cable

Artículo principal: rueda de alambre

Las llantas de las ruedas de alambre (o "ruedas de radios de alambre") están conectadas a sus bujes mediante radios de alambre . Aunque estos alambres son generalmente más rígidos que un cable de alambre típico , funcionan mecánicamente de la misma manera que los alambres flexibles tensados , manteniendo la llanta firme mientras soportan las cargas aplicadas.

Las ruedas de alambre se utilizan en la mayoría de las bicicletas y todavía se utilizan en muchas motocicletas . Fueron inventados por el ingeniero aeronáutico George Cayley y James Starley los utilizó por primera vez en bicicletas . Un proceso de ensamblaje de ruedas de alambre se describe como construcción de ruedas .

Un automóvil MGA de 1957 con ruedas de alambre

Neumático / Neumático

Artículos principales: neumático , neumático de motocicleta y neumático de bicicleta.
Neumáticos de coche apilados y de pie

Una llanta (en inglés americano e inglés canadiense ) o llanta (en algunas naciones de la Commonwealth como el Reino Unido, India , Sudáfrica , Australia y Nueva Zelanda ) es una cubierta en forma de anillo que se ajusta alrededor de la llanta de una rueda para protegerla y permitir un mejor vehículo. rendimiento proporcionando un cojín flexible que absorbe los golpes mientras mantiene la rueda en estrecho contacto con el suelo. La palabra en sí puede derivarse de la palabra "amarre", que se refiere a la parte exterior del anillo de acero de una rueda de carro de madera que une los segmentos de madera (ver Etimología a continuación).

Los materiales fundamentales de los neumáticos modernos son el caucho sintético , el caucho natural , la tela y el alambre, junto con otros compuestos químicos. Constan de una pisada y un cuerpo. La banda de rodadura proporciona tracción mientras que el cuerpo garantiza el apoyo. Antes de que se inventara el caucho, las primeras versiones de neumáticos eran simplemente bandas de metal que se colocaban alrededor de las ruedas de madera para evitar el desgaste. Hoy en día, la gran mayoría de los neumáticos son estructuras neumáticas inflables , que comprenden un cuerpo en forma de rosquilla de cordones y alambres revestidos de caucho y generalmente llenos de aire comprimido para formar un cojín inflable. Los neumáticos se utilizan en muchos tipos de vehículos, como automóviles , bicicletas , motocicletas , camiones , excavadoras y aviones .

Aditamentos que sobresalen o cubren

Las condiciones extremas fuera de la carretera han dado lugar a la invención de varios tipos de cubiertas de ruedas, que pueden construirse como accesorios extraíbles o como cubiertas permanentes. Las ruedas como esta ya no son necesariamente redondas o tienen paneles que hacen que el área de contacto con el suelo sea plana.

Ejemplos:

  • Cadenas para nieve: conjuntos de cadenas especialmente diseñados que se envuelven alrededor del neumático para proporcionar un mayor agarre, diseñados para nieve profunda.
  • Rueda de acorazado : un tipo de paneles con bisagras unidos permanentemente para uso general fuera de la carretera extremo. Estos no están conectados directamente a las ruedas, sino entre sí.
  • Rueda de pedrail : un sistema de rieles que sostiene los paneles que sostienen el vehículo. Estos no necesariamente tienen que construirse como un círculo (rueda) y, por lo tanto, también son una forma de vía continua .
  • Una versión de los ejemplos anteriores (nombre desconocido para el autor) se usó comúnmente en artillería pesada durante la Primera Guerra Mundial . Ejemplos específicos: Cannone da 149/35 A y Big Bertha . Estos eran paneles que estaban conectados entre sí mediante múltiples bisagras y podían instalarse sobre una rueda contemporánea.
  • Riel continuo : un sistema de cadenas / paneles enlazados y con bisagras que cubren varias ruedas de una manera que permite que la masa del vehículo se distribuya en el espacio entre las ruedas que se colocan delante o detrás de otras ruedas.
  • "Tire totes": una bolsa diseñada para cubrir un neumático para mejorar la tracción en nieve profunda.

Alternativas

Si bien las ruedas se utilizan mucho para el transporte terrestre, existen alternativas, algunas de las cuales son adecuadas para terrenos donde las ruedas son ineficaces. Los métodos alternativos para el transporte terrestre sin ruedas incluyen:

Simbolismo

La rueda también se ha convertido en una fuerte metáfora cultural y espiritual para un ciclo o repetición regular (ver chakra , reencarnación , Yin y Yang, entre otros). Como tal y debido a la dificultad del terreno, los vehículos con ruedas estaban prohibidos en el antiguo Tíbet . En la antigua China, la rueda se ve como un símbolo de salud y fuerza y ​​algunas aldeas la utilizan como herramienta para predecir la salud y el éxito futuros. El diámetro de la rueda es un indicador de la salud futura.

La rueda alada es un símbolo de progreso, visto en muchos contextos, incluido el escudo de armas de Panamá , el logotipo de la Patrulla de Carreteras del Estado de Ohio y el Ferrocarril Estatal de Tailandia . La rueda también es la figura prominente de la bandera de la India . La rueda en este caso representa la ley ( dharma ). También aparece en la bandera del pueblo romaní , aludiendo a su historia nómada y sus orígenes indios.

La introducción de ruedas de rayos ( carro ) en la Edad del Bronce Medio parece haber tenido algo de prestigio. La cruz del sol parece tener un significado en la religión de la Edad del Bronce , reemplazando el concepto anterior de una barcaza solar con el carro solar más "moderno" y tecnológicamente avanzado . La rueda también era un símbolo solar para los antiguos egipcios .

En el uso moderno, la 'invención de la rueda' se puede considerar como un símbolo de una de las primeras tecnologías de la civilización temprana, junto con la agricultura y la metalurgia, y por lo tanto se puede utilizar como punto de referencia para calificar el nivel de progreso social.

Ver también

Referencias

enlaces externos