Rueda

Una rueda es un componente circular que está destinado a 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, en conjunto con los ejes, permiten mover objetos pesados ​​con facilidad facilitando el movimiento o transporte mientras soportan una carga, o realizan labores en máquinas. Las ruedas también se utilizan para otros fines, como la rueda de un barco, el volante, la rueda de alfarero y el volante.

Los ejemplos comunes se encuentran en aplicaciones de transporte. Una rueda reduce 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 sobre su eje, ya sea por gravedad o por la aplicación de otra fuerza o par externo. Usando la rueda, los sumerios inventaron un dispositivo que hace girar la arcilla mientras un alfarero le da forma al objeto deseado.

Terminología

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

Historia

El lugar y el momento de la invención de la rueda siguen sin estar claros, porque los indicios más antiguos no garantizan la existencia de un transporte real sobre ruedas, 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 puede atribuirse a un solo inventor ni a varios. Se ha encontrado evidencia del uso temprano de carros con ruedas en todo el Medio Oriente, en Europa, Europa del Este, India 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 se sitúa 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 ruedas incluso después de la invención de la agricultura y la cerámica, durante el Neolítico Acerámico.

• 4500-3300 a. C. (Edad del cobre): invención del torno de alfarero; primeras ruedas de madera maciza (discos con un agujero para el eje); primeros vehículos con ruedas; domesticación del caballo
• 3300-2200 a. C. (Edad del Bronce Temprano)
• 2200-1550 a. C. (Edad del Bronce Medio): invención de la rueda de radios y el carro

A la cultura Halaf de 6500-5100 a. C. a veces se le atribuye la representación 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 cerámica. Los precursores de las ruedas de alfarería, conocidas como "tournettes" o "ruedas lentas", se conocían en Oriente Medio en el quinto milenio a. Uno de los primeros ejemplos se descubrió en Tepe Pardis, Irán, y data del 5200 al 4700 a. Estos estaban hechos de piedra o arcilla y asegurados al suelo con una clavija en el centro, pero requerían un esfuerzo significativo para girarlos. Los verdaderos tornos 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. El ejemplo más antiguo que se conserva, que se encontró en Ur (actual Irak),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.

La evidencia indirecta más antigua de movimiento de ruedas se encontró en forma de ruedas de arcilla en miniatura al norte del Mar Negro antes del 4000 a. Desde mediados del cuarto milenio a. C. en adelante, la evidencia se condensa en toda Europa en forma de autos de juguete, representaciones o surcos. En Mesopotamia, las representaciones de carros con ruedas que se encuentran en pictografías de tabletas de arcilla en el distrito de Eanna de Uruk, en la civilización sumeria, datan de c. 3500–3350 a. En la segunda mitad del cuarto milenio a. C., 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 vagones; este granero tenía 40 m de largo con tres puertas, databa del 5000 a. C., 7000 años, y pertenecía a la cultura neolítica de cerámica lineal. La evidencia sobreviviente de una combinación de rueda y eje, de Stare Gmajne cerca de Ljubljana en Eslovenia (Rueda de madera de los pantanos de Ljubljana), está fechada dentro de dos desviaciones estándar entre 3340 y 3030 a. C., el eje entre 3360 y 3045 a. C.Se conocen dos tipos de ruedas y ejes europeos del Neolítico temprano; un tipo circunalpino de construcción de vagones (la rueda y el eje giran juntos, como en Ljubljana Marshes Wheel), y el de la cultura Baden en Hungría (el eje no gira). Ambos están fechados en c. 3200–3000 a. Algunos historiadores creen que hubo una difusión del vehículo de ruedas desde el Cercano Oriente a Europa a mediados del cuarto milenio a.

Las primeras ruedas eran simples discos de madera con un agujero para el eje. Algunas de las primeras ruedas estaban hechas de rebanadas horizontales de troncos de árboles. Debido a la estructura irregular de la madera, una rueda hecha con una rebanada horizontal del tronco de un 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 a. C. (Lago Krivoye). Poco después de esto, las culturas ecuestres de la región del Cáucaso utilizaron carros de guerra con ruedas de radios tirados por caballos durante la mayor parte de los tres siglos. Se adentraron 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 la 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 de 1700 a. La evidencia más antigua de ruedas con radios en China proviene de Qinghai, en forma de cubos de dos ruedas de un sitio fechado entre 2000 y 1500 a.

En Gran Bretaña, se descubrió una gran rueda de madera, que mide aproximadamente 1 m (3,3 pies) de diámetro, en el sitio de Must Farm en East Anglia en 2016. El espécimen, que data de 1100 a 800 a. C., representa el más completo y más antiguo de sus tipo encontrado en Gran Bretaña. El cubo de la rueda también está presente. La columna vertebral de un caballo encontrada 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 la tierra firme.

Aunque el uso de ruedas a gran escala 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 que datan de aproximadamente 1500 a. 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, no estaba físicamente apto para usarse 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 el momento 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 rueda 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 de hoy ("juguetes para tirar"), la rueda nunca se puso en uso práctico en Mesoamérica antes del siglo XVI. Posiblemente, lo más cerca que llegaron los mayas a la rueda utilitaria es la rueda de huso, y algunos eruditos creen que estos juguetes se hicieron originalmente con ruedas de huso y palos de huso como "ruedas" y "hachas".

Los aborígenes australianos usaban tradicionalmente discos circulares que rodaban por el suelo como prácticas de tiro.

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

A partir del siglo XVIII en África occidental, los vehículos con ruedas se utilizaron principalmente con fines ceremoniales en lugares como Dahomey. La rueda apenas se utilizó para el transporte, con la excepción de Etiopía en el África subsahariana hasta bien entrado el siglo XIX.

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 radios radiales dieron lugar a las ruedas de radios tangenciales, que se utilizaron ampliamente en los automóviles hasta finales del siglo XX. Las llantas de aleación fundida ahora se usan más comúnmente; Las llantas de aleación forjada 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 de 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

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 solo un orificio redondo por el que 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 de deslizamiento es la misma que con un simple arrastre.
• La distancia de deslizamiento se reduce para una distancia dada de recorrido.
• 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 un 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 diga que el diámetro de la rueda es de 1000 mm y el diámetro del eje es de 50 mm. Entonces, mientras el objeto aún 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 terreno, del material de la rueda, de su inflación en el caso de un neumático, del par neto ejercido por el eventual motor, y de muchos otros factores.

Una rueda también puede ofrecer ventajas al atravesar superficies irregulares si el radio de la rueda es 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 aproximadamente 6000 años, en sí mismas una evolución del uso de troncos redondos como rodillos para mover una carga pesada, una práctica que se remonta a la prehistoria hasta el momento en que no se ha fechado.

Construcción

Borde

La llanta es el "borde exterior de una rueda, que sujeta el neumático". Constituye el diseño circular exterior de la rueda sobre la que se monta el borde interior del neumático en vehículos tales 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 a. C. 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, por lo general, alberga un cojinete y es donde se unen los radios.

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

Radios

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 se refería originalmente a porciones de un tronco que se habían dividido a lo largo en cuatro o seis secciones. Los miembros radiales de una rueda de carreta se hicieron tallando un radio (de un tronco) en su forma final. Un Spokeshave es una herramienta desarrollada originalmente para este propósito. Eventualmente, el término radio se aplicó más comúnmente al producto terminado del trabajo del carretero que a los materiales utilizados.

Cable

Las llantas de las ruedas de alambre (o "ruedas de radios de alambre") están conectadas a sus cubos por radios de alambre. Aunque estos alambres son generalmente más rígidos que un cable metálico típico, mecánicamente funcionan igual que los alambres flexibles tensados, manteniendo el borde recto mientras soportan las cargas aplicadas.

Las ruedas de alambre se usan en la mayoría de las bicicletas y todavía se usan 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.

Neumático/Neumático

Un neumático (en inglés americano e inglés canadiense) o neumático (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 manejo del vehículo. rendimiento proporcionando un cojín flexible que absorbe los impactos mientras mantiene la rueda en estrecho contacto con el suelo. La palabra en sí puede derivarse de la palabra "lazo", que se refiere a la parte exterior del anillo de acero de una rueda de carreta de madera que une los segmentos de madera (ver Etimología arriba).

Los materiales fundamentales de los neumáticos modernos son el caucho sintético, el caucho natural, la tela y el alambre, junto con otros compuestos químicos. Se componen de una banda de rodadura 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 los neumáticos eran simplemente bandas de metal que se ajustaban alrededor de las ruedas de madera para evitar el desgaste. Hoy en día, la gran mayoría de los neumáticos son estructuras inflables neumáticas, que comprenden un cuerpo en forma de rosquilla de cuerdas 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 aeronaves.

Aditamentos que sobresalen o cubren

Las condiciones todoterreno extremas han dado como resultado la invención de varios tipos de cubiertas para ruedas, que pueden construirse como accesorios desmontables 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 incluyen:

• Cadenas para la nieve: Conjuntos de cadena especialmente diseñados que envuelven el neumático para proporcionar un mayor agarre, diseñados para nieve profunda.
• Rueda acorazada: un tipo de paneles con bisagras unidos permanentemente para uso general extremo fuera de la carretera. Estos no están conectados directamente a las ruedas, sino entre sí.
• Rueda de riel - Un sistema de rieles que sujeta los paneles que sujetan el vehículo. Estos no tienen que construirse necesariamente como un círculo (rueda) y, por lo tanto, también son una forma de pista continua.
• Una versión de los ejemplos anteriores (nombre desconocido para el escritor) se usó comúnmente en la 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 por múltiples bisagras y podían instalarse sobre una rueda contemporánea.
• Pista continua - Un sistema de cadenas/paneles vinculados y con bisagras que cubren múltiples ruedas de una manera que permite que la masa del vehículo se distribuya a través del espacio entre las ruedas que se colocan delante o detrás de otras ruedas.
• "Totes de neumáticos": una bolsa diseñada para cubrir un neumático para mejorar la tracción en nieve profunda.

Las ruedas de camiones y autobuses pueden bloquearse (dejar de girar) en determinadas circunstancias, como una falla en el sistema de frenos. Para ayudar a detectar esto, a veces cuentan con "indicadores de rotación de la rueda": tiras de plástico de colores unidas a la llanta y que sobresalen de ella, de modo que el conductor puede verlas en los espejos laterales. Estos dispositivos fueron inventados y patentados en 1998 por el propietario de una tienda de camiones canadiense.

Alternativas

Si bien las ruedas se usan mucho para el transporte terrestre, existen alternativas, algunas de las cuales son adecuadas para terrenos donde las ruedas no son efectivas. Los métodos alternativos para el transporte terrestre sin ruedas incluyen:

• levitación magnética
• Trineo, esquí o travois
• Aerodeslizadores y ekranoplanes
• Peatón que camina, Basura (vehículo) o una máquina para caminar
• Equitación
• Orugas (operadas por ruedas)
• Ruedas de pedrail, usando aspectos tanto de la rueda como de la oruga
• Esferas, como las que usan las aspiradoras Dyson y las bolas de hámster
• Vehículo propulsado por tornillo

Simbolismo

La rueda también se ha convertido en una fuerte metáfora cultural y espiritual de 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. La rueda en la antigua China se ve como un símbolo de salud y fuerza y ​​algunos pueblos la utilizan como una herramienta para predecir la salud y el éxito futuros. El diámetro de la rueda es indicador de la salud futura. El Kalachakra o rueda del tiempo también es un tema en algunas formas de budismo, junto con el dharmachakra.

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 es también la figura destacada de la bandera de la India. La rueda en este caso representa la ley (dharma). También aparece en la bandera del pueblo gitano, insinuando su historia nómada y sus orígenes indios.

La introducción de ruedas de radios (carruajes) 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.

Algunos neopaganos, como los wiccanos, han adoptado la Rueda del año en sus prácticas religiosas.