Rueda

Una rueda es un componente giratorio (generalmente de forma circular) diseñado para girar sobre un eje . La rueda es uno de los componentes clave del sistema rueda-eje , que es una de las seis máquinas simples . Las ruedas, junto con los ejes, permiten mover objetos pesados ​​con facilidad, facilitando el transporte, soportando cargas y realizando trabajo en máquinas. Las ruedas también se utilizan para otros fines, como el timón de un barco , el volante de dirección , el torno de alfarero y el volante de inercia .

Ejemplos comunes se encuentran en aplicaciones de transporte . Una rueda reduce la fricción al facilitar el movimiento mediante el rodamiento con el uso de ejes . Para que una rueda gire, se debe aplicar un momento alrededor de su eje, ya sea por la gravedad o por la aplicación de otra fuerza o par externo .

La palabra inglesa wheel proviene de la palabra del inglés antiguo hwēol , del protogermánico * hwehwlaz , del protoindoeuropeo * k ^w ék ^w los , ^{[ 1 ]} una forma extendida de la raíz * k ^w el- ' girar, moverse alrededor ' . Los cognados dentro del indoeuropeo incluyen el islandés hjól ' rueda, neumático ' , el griego κύκλος kúklos y el sánscrito chakra , los dos últimos con el significado de ' círculo ' o ' rueda ' . ^{[ 2 ]}

La rueda, sin duda, evolucionó a partir del uso prehistórico de rodillos (troncos redondos) para mover objetos más pesados, como losas de roca y troncos de mayor tamaño. La invención de la rueda de madera maciza (disco sobre eje) data del Neolítico tardío y puede considerarse junto con otros avances tecnológicos que dieron origen a la Edad del Bronce temprana . Esto implica el paso de varios milenios sin rueda, incluso después de la invención de la agricultura y la cerámica , durante el Neolítico precerámico .

• 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.
• 3300–2200  a. C. ( Edad del Bronce Temprana )
• 2200–1550  a. C. ( Edad del Bronce Medio ): invención de la rueda con radios y del carro ; domesticación del caballo.

A la cultura Halaf  de 6500–5100 a. C. se le atribuye a veces la representación más antigua de un vehículo con ruedas, pero no hay evidencia de que los halafianos usaran vehículos con ruedas o tornos de alfarero. ^{[ 3 ]} Se cree que los tornos de alfarero se usaron en el IV milenio a. C. en Oriente Medio. ^{[ 4 ]} Se creía que el ejemplo más antiguo que se conserva de un torno de alfarero era uno encontrado en Ur (actual Irak ) que data de aproximadamente 3100  a. C. ^{[ 5 ]} Sin embargo, un torno de alfarero encontrado en el oeste de Ucrania , de la cultura Cucuteni–Trypillia , data de mediados del V milenio a. C., lo que precede al uso más antiguo del torno de alfarero en Mesopotamia. ^{[ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]} Se han encontrado ruedas de fechas inciertas en la civilización del valle del Indo de finales del 4.º milenio a. C. que cubren áreas de la India y Pakistán actuales . ^{[ 12 ]}

La evidencia indirecta más antigua de movimiento con ruedas se encontró en forma de ruedas de arcilla en miniatura al norte del Mar Negro antes del 4000  a. C. Desde mediados del 4.º milenio a. C. en adelante, la evidencia se condensa por toda Europa en forma de coches de juguete, representaciones o surcos, con el hallazgo más antiguo en el norte de Alemania que data de alrededor del 3400 a  . C. ^{[ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]} En Mesopotamia , las representaciones de carros con ruedas encontradas en pictografías de tablillas de arcilla en el distrito de Eanna de Uruk , en la civilización sumeria, están datadas en c. 3500–3350 a. C. ^{[ 16 ]} En la segunda mitad del 4.º 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–Trypillia).    

Representaciones de un vehículo con ruedas aparecieron entre 3631 y 3380  a. C. en la vasija de arcilla de Bronocice excavada en un asentamiento de la cultura de los vasos de embudo en el sur de Polonia . ^{[ 17 ]} En la cercana Olszanica ,  se construyó una puerta de 2,2 m de ancho para la entrada de carros; este granero tenía 40  m de largo con tres puertas, datado en 5000 a. C., y pertenecía a la cultura neolítica de la cerámica lineal . La evidencia que se conserva de una combinación de rueda y eje, de Stare Gmajne cerca de Ljubljana en Eslovenia ( rueda de madera de los pantanos de Ljubljana ), está datada dentro de dos desviaciones estándar en 3340–3030 a. C., el eje en 3360–3045 a. C. ^{[ 18 ]} Se conocen dos tipos de ruedas y ejes del Neolítico temprano europeo: un tipo de construcción de carro circumalpino (la rueda y el eje giran juntos, como en la Rueda de los Pantanos de Liubliana) y el de la cultura Baden en Hungría (el eje no gira). Ambos se datan entre el 3200 y el 3000 a. C. aproximadamente. ^{[ 19 ]} Algunos historiadores creen que hubo una difusión del vehículo con ruedas desde el Cercano Oriente a Europa alrededor de mediados del IV milenio a. C. ^{[ 20 ]}     

Las primeras ruedas eran simples discos de madera con un agujero para el eje. Algunas de las primeras se fabricaban con rodajas horizontales de troncos de árboles. Debido a la estructura irregular de la madera , una rueda hecha con una rodaja horizontal de tronco tiende a ser de menor calidad que 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 veloces. Los primeros ejemplos conocidos de ruedas de radios de madera provienen de la cultura Sintashta , que data de alrededor  del 2000 a.  C. ( Lago Krivoye ). Poco después, las culturas ecuestres de la región del Cáucaso utilizaron carros de guerra con ruedas de radios tirados por caballos durante la mayor parte de tres siglos. Se adentraron en la península griega, donde se unieron a los pueblos mediterráneos existentes para dar origen, finalmente, a la Grecia clásica tras la ruptura del dominio minoico y las consolidaciones lideradas por la Esparta y Atenas preclásicas . Los carros celtas introdujeron un aro de hierro alrededor de la rueda en el primer  milenio  a. C.

En China,  se han encontrado huellas de ruedas que datan de alrededor del 2200 a. C. en Pingliangtai, un sitio de la cultura Longshan . ^{[ 21 ]} También se encontraron huellas similares en Yanshi , una ciudad de la cultura Erlitou , que datan de alrededor del 1700 a. C. La evidencia más antigua de ruedas con radios en China proviene de Qinghai , en forma de dos cubos de rueda de un sitio datado entre el 2000 y el 1500  a. C. ^{[ 22 ]} Los vehículos con ruedas fueron introducidos en China desde Occidente. ^{[ 23 ] [ 24 ] [ 25 ]}

En Gran Bretaña, en 2016 se descubrió una gran rueda de madera, de aproximadamente 1 m (3,3 pies) de diámetro, en el yacimiento de Must Farm, en East Anglia. El ejemplar, que data de entre el 1100 y el 800 a. C., representa el más antiguo y completo de su tipo hallado en Gran Bretaña. También se conserva el cubo de la rueda. Una columna vertebral de caballo encontrada cerca sugiere que la rueda pudo haber formado parte de un carro tirado por caballos. La rueda se halló en un asentamiento construido sobre pilotes en una zona húmeda, lo que indica que el asentamiento tenía algún vínculo con tierra firme. ^{[ 26 ]}   

Aunque el uso a gran escala de la rueda no se produjo en América antes del contacto europeo , se han encontrado numerosos artefactos pequeños con ruedas, identificados como juguetes infantiles, en yacimientos arqueológicos mexicanos, algunos datados aproximadamente en el 1500  a. C. ^{[ 27 ]} Algunos argumentan que el principal obstáculo para el desarrollo a gran escala de la rueda en América fue la ausencia de animales grandes domesticados que pudieran usarse para tirar de carruajes con ruedas. ^{[ 28 ]} El pariente más cercano del ganado 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. ^{[ 29 ]} El único animal grande que fue domesticado en el hemisferio occidental, la llama , un animal de carga, no era físicamente apto para ser usado como animal de tiro para arrastrar vehículos con ruedas, ^{[ 30 ]} y el uso de la llama no se extendió mucho más allá de los Andes para 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 rueda o ruedas. ^{[ 31 ] [ 32 ]} Aunque formaba parte de varios juguetes, muy similares a los que se encuentran en todo el mundo y que todavía se fabrican para niños ("juguetes de arrastre"), ^{[ 31 ] [ 32 ]} la rueda nunca se utilizó de forma práctica en Mesoamérica antes del siglo XVI. ^{[ 31 ] [ 32 ]} Posiblemente lo más parecido que tuvieron los mayas a la rueda utilitaria fue el huso de forja , y algunos estudiosos creen que estos juguetes se fabricaban originalmente con husos de forja y palos de huso como "ruedas" y "hachas". ^{[ 32 ]}

Los aborígenes australianos tradicionalmente usaban discos circulares que rodaban por el suelo para practicar tiro al blanco. ^{[ 33 ]}

Los nubios, desde aproximadamente el año 400  a. C., usaban ruedas para hilar cerámica y como molinos de agua . ^{[ 34 ]} Se cree que los molinos de agua nubios pudieron haber sido impulsados ​​por bueyes. ^{[ 35 ]} También se sabe que los nubios usaban carros tirados por caballos importados de Egipto . ^{[ 36 ]}

A partir del siglo XVIII en África Occidental, los vehículos con ruedas se usaban principalmente con fines ceremoniales en lugares como Dahomey . ^{[ 37 ]} La rueda apenas se usaba para el transporte, excepto en Etiopía y Somalia en el África subsahariana hasta bien entrado el siglo XIX. ^{[ 38 ] [ 37 ]}

La rueda de radios se siguió utilizando sin grandes modificaciones hasta la década de 1870, cuando se inventaron las ruedas de radios de alambre y los neumáticos . ^{[ 39 ]} Los neumáticos pueden reducir considerablemente la resistencia a la rodadura y mejorar la comodidad. Los radios de alambre están bajo tensión, no compresión, lo que hace que la rueda sea rígida y ligera. Las primeras ruedas de radios radiales dieron lugar a las ruedas de radios tangenciales, que se utilizaron ampliamente en automóviles hasta finales del siglo XX. Las ruedas de aleación fundida son más comunes. Las ruedas de aleación forjada se utilizan cuando el peso es un factor crítico.

La invención de la rueda también ha sido importante para la tecnología en general, con aplicaciones importantes como la rueda hidráulica, la rueda dentada (véase también el mecanismo de Anticitera ), la rueca y el astrolabio o torquetum . Entre los descendientes más modernos de la rueda se encuentran la hélice , el motor a reacción , el volante ( giroscopio ) y la turbina .

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 ya no se realiza en la superficie que recorre el vehículo, sino en los cojinetes . En el caso más simple y antiguo, el cojinete es simplemente 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 en un simple arrastre.
• La distancia de deslizamiento se reduce para una distancia de recorrido determinada.
• El coeficiente de fricción en la interfaz suele ser menor.

Ejemplo:

• Si un  objeto de 100 kg se arrastra 10 m a lo largo de una superficie con un coeficiente de fricción μ  = 0,5, la fuerza normal es de 981 N y el trabajo realizado ( energía requerida ) es (trabajo = fuerza x distancia) 981 × 0,5 × 10  = 4905 julios .
• Ahora, supongamos que el objeto tiene 4 ruedas. La fuerza normal entre las 4 ruedas y los ejes es la misma (en total) 981 N. Supongamos que, para la madera, μ  = 0,25, y que el diámetro de las ruedas es de 1000  mm y el del eje es de 50  mm. Así, mientras el objeto se desplaza 10 m, las superficies deslizantes solo se deslizan entre sí 0,5 m. El trabajo realizado es 981 × 0,25 × 0,5  = 123 julios; esto es 1/40 del trabajo realizado al arrastrar.

Se produce una pérdida de energía adicional en la interfaz rueda-carretera. Esto se denomina resistencia a la rodadura y se debe principalmente a la deformación. Depende de la naturaleza del terreno, el material de las ruedas, la presión de los neumáticos, el par motor neto y muchos otros factores.

Una rueda también puede ofrecer ventajas al atravesar superficies irregulares si su radio es suficientemente grande en relación con las irregularidades.

La rueda por sí sola no es una máquina, pero cuando se acopla a un eje y a 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 a su vez son una evolución del uso de troncos redondos como rodillos para mover cargas pesadas, una práctica tan antigua en la prehistoria que no se ha podido datar.

Si bien las ruedas se utilizan ampliamente 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:

La rueda también se ha convertido en una poderosa metáfora cultural y espiritual de los ciclos y la repetición regular (véase chakra , reencarnación , Yin y Yang , entre otros). Por ello, y debido a la dificultad del terreno, los vehículos con ruedas estaban prohibidos en el antiguo Tíbet . En la antigua China , la rueda se considera un símbolo de salud y fuerza, y algunos pueblos la utilizan como herramienta para predecir la salud y el éxito futuros. El diámetro de la rueda es un indicador de la salud futura de una persona. El Kalachakra o rueda del tiempo también es un tema presente en algunas formas de budismo , junto con el dharmachakra . ^{[ 45 ] [ 46 ]}

La rueda alada es un símbolo de progreso, presente en diversos contextos, como 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 principal de la bandera de la India , donde representa la ley ( dharma ). Asimismo, aparece en la bandera del pueblo romaní , aludiendo a su historia nómada y sus orígenes indios.

El monje Doroteo de Gaza, del siglo VI , utilizó la imagen de una rueda con púas para explicar cómo funcionaba la ética interdependiente de la compasión: quienes se acercan a Dios se acercan a los demás, y viceversa. ^{[ 47 ] [ 48 ]} En la Europa medieval, la Rueda de la Fortuna pretendía mostrar el carácter transitorio, efímero y casi ilusorio del poder, en el que una persona que ha ascendido a la cima puede volver a caer con un giro de la rueda. ^{[ 49 ]}

La introducción de ruedas con radios ( de carro ) en la Edad del Bronce Medio parece haber conllevado cierto prestigio. La cruz solar parece tener un significado en la religión de la Edad del Bronce , reemplazando el concepto anterior de barcaza solar por el carro solar, más «moderno» y tecnológicamente avanzado . La rueda también era un símbolo solar para los antiguos egipcios . ^{[ 50 ]}

En el lenguaje moderno, la "invención de la rueda" puede considerarse un símbolo de una de las primeras tecnologías de la civilización primitiva, junto con la agricultura y la metalurgia, y por lo tanto, utilizarse como punto de referencia para medir el nivel de progreso social.

Algunos neopaganos , como los wiccanos, han incorporado la Rueda del Año a sus prácticas religiosas. ^{[ 51 ]}

• Tipos : Rueda de aleación , rueda de artillería , unidad de transferencia de bolas , rueda de bicicleta , rueda giratoria, rueda dentada , rueda de acorazado , rueda motriz , volante de inercia , rueda sin buje , rueda de patín en línea , rueda Mansell , rueda Mecanum , rueda de motocicleta , rueda omnidireccional , rueda de riel para peatones , rueda de acero prensado , rueda de monopatín , rueda cuadrada , rueda de escaladora , volante ( volante de barco ), rueda de tren , rueda de tweel , rueda de vagón , rueda de alambre
• Componentes : Eje , Bogie / Bogie , Diferencial , Eje de transmisión , Tren de transmisión , Llanta , Cadenas para nieve , Radio, Neumático , Juego de ruedas
• Tecnologías y conceptos relacionados : Tornillo de Arquímedes , Barril , Rueda de romper , Rueda de colores , Disco compacto , Noria , Torno de alfarero , Hélice , Reinventando la rueda , Huso giratorio , Trackball , Efecto de rueda de carro , Rueda hidráulica , Carretilla , Rueda de la fortuna , Fabricante de ruedas , Cabrestante , Molino de viento
• Alternativas : Colchón de aire , Vía continua , Tornillos contrarrotatorios , Mecanismo de patas , Levitación magnética , Efecto suelo de ala
• Historia : Historia de la rueda en África , El caballo, la rueda y el lenguaje , Locomoción rotatoria en sistemas vivos , Locomoción terrestre en animales: Rodadura , Locomoción robótica
• Teoría : Resistencia a la rodadura , energía rotacional , par motor , rueda y eje (máquina simple) , dimensionamiento de ruedas .

• Universidad de Kiel. « 3400 a. C.: La evidencia más antigua del uso de la rueda y el carro proviene del norte de Alemania ». En línea: 11 de abril de 2022. Consultado: 14 de abril de 2022.