Una rueda es un motor , un disco que gira libremente o está fijado sobre un eje giratorio , lo que permite que el cuerpo colocado sobre él ruede y no se deslice. Es ampliamente utilizado para el transporte de mercancías, es ampliamente utilizado en diversos mecanismos y herramientas.
La palabra "rueda" proviene del eslavo común *kolo ( género p. *kolese) y se remonta a la raíz protoindoeuropea *kʷel- con el significado de "rotar, dar la vuelta" [1] [2] . Los hablantes del idioma protoindoeuropeo no tomaron prestado el nombre, sino que se les ocurrió el suyo propio para designar la rueda, por lo que en los idiomas de los pueblos indoeuropeos, geográficamente distantes entre sí, los cognados de la designación de la rueda es la misma [3] .
De la palabra "rueda" se forma la palabra " carro ".
En una recopilación representativa de los hallazgos de ruedas más antiguos, Hans J. Holm (2019) demuestra que el desarrollo de la tecnología de ruedas ha tenido lugar a lo largo de los siglos, comenzando con los modelos de juguete más simples. [4] . Por ejemplo, en 1981, el arqueólogo rumano M. Dinu informó sobre el hallazgo de ruedas de arcilla en carros de juguete en los asentamientos de Cucuteni, que data aproximadamente de la segunda mitad del quinto milenio antes de Cristo. En la tumba de cámara Tsyushenskaya ( cultura Wartberg ) sobre una losa megalítica de mediados del IV milenio antes de Cristo. mi. se encontraron grabados que representaban esquemáticamente bueyes enganchados a un carro [5] .
Una vasija de cerámica de la polaca Bronochice con una representación esquemática de carros con toros enjaezados pertenece a la cultura de las copas en forma de embudo y data del 3635-3370 aC [6] .
Los siguientes modelos de ruedas fueron descubiertos por los arqueólogos A.D. Rezepkin en los entierros de la cultura Maikop (Phagugape, Pshikuykhabl, Chishkho [5] ) en el norte del Cáucaso y A.V. Kondrashov en el entierro de la cultura Novosvobodnenskaya en el Territorio de Krasnodar (mediados del cuarto milenio BC). e.) [7] [5] .
En Ljubljana barje en Eslovenia, encontraron una rueda hecha de ceniza con un diámetro de 72 cm, que tiene más de cinco mil años (3350-3100 aC) [8] . Se han encontrado modelos de carros de cuatro ruedas hechos de arcilla en dos entierros de la cultura Baden tardía en Budakalaš y Szigetszentmarton (Hungría oriental), que datan del 3300-3100 a. mi. En el asentamiento cultural de Horgen en Pressehaus (Suiza), se encontró una rueda con un orificio cuadrado para sujetar un eje, que giraba junto con las ruedas. Ha sido fechado por dendrocronología en el 3200 a. mi. A diferencia de los hallazgos en Suiza y Alemania, en la región de la estepa, así como en los Países Bajos y Dinamarca, los agujeros en las ruedas eran redondos, el eje estaba unido al cuerpo del carro, lo que significa que surgieron varias tradiciones europeas de hacer carros. incluso antes del 3200 a. mi.
En la zona de estepa desde el río Danubio en el oeste hasta el curso superior del río Manych en el este, hay aproximadamente 160 entierros de la cultura Yamnaya con restos de vehículos con ruedas (ruedas, vagones), así como sus modelos de arcilla. y restos de dibujos. El más antiguo de los hallazgos está fechado en una escala calibrada en el siglo XXXII a. mi. [9]
Las siguientes referencias a la rueda se encuentran en la antigua Mesopotamia (imagen de un carro en Uruk-5 [5] ) a finales del cuarto milenio antes de Cristo. mi.
Así, cada vez más pruebas materiales hablan a favor de que la “primerísima” rueda no apareció en Oriente Medio, como se creía anteriormente, sino en Europa [10] .
En el montículo Dmitrovsky No. 6 en la región de Zaporozhye (Ucrania), a la entrada de la cámara funeraria, se encontró un carro de madera de la cultura Catacumba con una rueda completamente conservada, de 5 mil años [11] [12] .
Se conoce un carro de dos ruedas con una rueda conservada de 0,6 m de diámetro del entierro de catacumba "Tyagunova Mogila" (hace unos 5.000 años) en el pueblo de Maryevka en Zaporizhia [13] . Las dos ruedas de un carro de madera de dos ruedas de la Tumba de la Atalaya de la cultura Yamnaya cerca del Dniéper (III milenio a. C.) estaban hechas de una pieza de madera maciza, cortada longitudinalmente, con orificios redondos para el eje y cubos gruesos [14] .
La pista de patinaje de madera anteriormente conocida , que se colocaba debajo de la carga transportada, puede considerarse el antecesor de la rueda. Inicialmente, la rueda era un disco de madera montado sobre un eje y fijado con una cuña . Se encontraron imágenes de un trineo con ruedas (3000 a. C.) en Mesopotamia en la ciudad sumeria de Uruk . Hacia el 2700 a.C. mi. allí también aparecen dibujos de vagones . Al mismo tiempo, los sumerios comienzan a enterrar a sus reyes junto con sus carros . Estos entierros fueron encontrados en Kish , Ur , en la ciudad elamita de Susa .
Un vagón de cuatro ruedas del complejo funerario de Ulan IV de la cultura de las catacumbas de Manych occidental en la región de Rostov se fabricó en el siglo 23 a. C. [15] . D. Anthony y Vinogradov (1995) fecharon un carro de tipo clásico en un entierro de la cultura Sintashta en el área del lago Crooked ( región de Chelyabinsk ) en 2026 a. mi.
En el II milenio antes de Cristo. mi. , se está mejorando el diseño de la rueda: aparece una rueda con radios en los Urales del Sur , en Asia Menor , con un cubo y un borde doblado [16] . Más tarde, en el primer milenio antes de Cristo. mi. , los celtas comenzaron a utilizar una llanta de metal para aumentar la resistencia de las ruedas de sus carros , que en la era industrial en la mayoría de los vehículos fue reemplazada por llantas de goma para la absorción de impactos [17] .
A pesar de que la rueda se considera desconocida entre las civilizaciones de la América precolombina , algunos pueblos, como los incas , estuvieron cerca de descubrirla. El uso para la construcción de los dispositivos característicos de la pista, un cuerpo cilíndrico masivo para compactar el suelo, indica el rechazo del uso de la rueda en el transporte, y no la ausencia del descubrimiento del principio de la rueda. Algunas culturas (por ejemplo, los olmecas ) hacían figurillas de animales de cerámica y madera sobre ruedas, quizás cumplían funciones rituales, o quizás eran solo juguetes. Basado en esto, se puede suponer que la primera rueda apareció como un juguete .
Además, antes de la llegada de los europeos, las ruedas no eran conocidas por los pueblos indígenas de Australia y el sur de África .
La invención de la rueda contribuyó al desarrollo de muchas artesanías . La rueda se usaba en la rueda de alfarero , molino , rueca , torno . En las instalaciones de riego , en las fábricas , las minas , etc., se utilizaron ruedas hidráulicas .
La invención de la rueda impulsó el desarrollo de la ciencia en general. Por lo tanto, se utiliza en el astrolabio y otros instrumentos científicos. En mecánica, la rueda dentada es muy utilizada .
La importancia de la rueda en el ámbito económico se reflejó en su deificación metafórica en forma de "Eterno retorno", reencarnación , etc. En diversas culturas, la rueda es símbolo del movimiento del sol , en el budismo simboliza ley y verdad, simetría y perfección del Dharma , cambios pacíficos. La rueda alada está asociada con la velocidad, la rueda del carruaje con la regla y el poder. En la mitología griega y romana antigua, una rueda de seis radios es un atributo de Zeus (Júpiter) como dios celestial [18] .
La rueda reduce significativamente los costos de energía para mover la carga sobre una superficie relativamente plana. Cuando se usa una rueda, se realiza un trabajo contra la fuerza de fricción de rodadura, que en condiciones de camino artificial es significativamente menor que la fuerza de fricción de deslizamiento .
Las principales relaciones cinemáticas y dinámicas entre las distintas partes de la rueda se derivan de considerarla como un cuerpo sólido , y se determinan en base a propiedades geométricas, condiciones iniciales, condiciones de operación, entre otras cosas. Una rueda se considera la máquina más simple cuando está montada sobre un eje fijo o giratorio que pasa por su centro. A menudo, la rueda se instala para proporcionar movimiento, en cuyo caso es parte del vehículo, proporcionando movimiento con gran eficiencia. Si el eje está conectado a dos ruedas, entonces las ruedas giran como si fueran un solo cuerpo.
El eje de la rueda es uno de los seis mecanismos más simples. Le permite obtener una ventaja mecánica ( ing. Ventaja mecánica ), al aumentar la fuerza aplicada debido al par . La conclusión es que el agarre del mecanismo con el suelo ocurre solo a lo largo de la suela de las ruedas, actúan como un sistema de soporte para el vehículo, lo que reduce las pérdidas de energía, a pesar de deficiencias como la elasticidad de las ruedas y la pérdida de par en los rodamientos . Cuando se utilizan ruedas para varios vehículos, también es necesario garantizar la necesaria adherencia al suelo, que se puede lograr mediante el uso de ruedas corrugadas.
La geometría de la rueda se basa en la geometría del círculo . Los parámetros del círculo son los siguientes:
Expresión más general:
dónde
El problema del movimiento uniforme rectilíneo es equivalente al problema de la rotación . Las variables de distancia, velocidad y aceleración son equivalentes a las variables angulares: ángulo, velocidad angular y aceleración angular, respectivamente. Los tres, como se puede ver en la sección anterior, están conectados por dependencias lineales [19] :
Donde, resumiendo los tres, vemos:
Las tres relaciones mostradas se derivan de la geometría de la rueda, donde la longitud del arco de un círculo depende de un ángulo de dirección dado , expresado en radianes, multiplicado por el radio del círculo, mientras gira la rueda una revolución, cubre una distancia igual al perímetro, que corresponde a un ángulo de dirección en radianes de 2π. La aceleración causada por un cambio en la dirección de la velocidad se puede encontrar observando que la velocidad hace un cambio completo de dirección en el mismo tiempo T que tarda el objeto en hacer una revolución. Entonces el vector velocidad recorre una trayectoria de longitud 2π v cada T segundos:
Dónde:
La característica de la rueda depende de la calidad de su adherencia a la superficie de rodadura. Cualquier automóvil tiene adherencia a la carretera en el punto de contacto, de modo que el desplazamiento relativo de la rueda en ese punto es aproximadamente cero. La cinemática de la rueda se puede explicar mediante la siguiente expresión, cuando, tratándose del problema de la mecánica de medios continuos , podemos determinar la velocidad de cualquier punto VP , conociendo la velocidad de cualquier otro punto:
Dónde:
La adherencia de la rueda al suelo debe ser eficaz, ya que es evidente que si la velocidad en el punto de contacto de la rueda con el suelo es diferente de cero, entonces la rueda patinará. De la expresión anterior se deduce que existe una relación lineal entre la magnitud de la velocidad en cualquier punto de la tierra y la distancia entre el punto de contacto y el plano de rotación. Gracias al conocimiento de la cinemática del movimiento, la velocidad se puede descomponer en dos componentes:
Este divide las velocidades en dos tipos: por un lado, la velocidad que sentiría el observador si estuviera ubicado en la propia rueda, por otro lado, la velocidad si estuviera ubicado dentro del vehículo en movimiento. Está claro que la velocidad de rotación de los puntos ubicados en los extremos de los radios es igual a la velocidad lineal. Esto puede ser intuitivo, ya que para dar una vuelta completa, la rueda debe recorrer una distancia igual a la longitud de su circunferencia [19] .
La composición de una rueda de automóvil incluye un disco, una llanta, un neumático , a veces una cámara, pernos de montaje, etc., el juego de ruedas de un vagón de ferrocarril tiene un eje y dos discos firmemente ajustados en frío, de ahí el nombre de juego de ruedas.
El desgaste de los neumáticos de los automóviles es casi un problema resuelto (con los ángulos de las ruedas ajustados correctamente ); los neumáticos modernos conducen más de 100 000 km . Un problema no resuelto es el desgaste de los neumáticos de las ruedas de los aviones : cuando una rueda fija entra en contacto con el pavimento de hormigón de la pista a una velocidad de varios cientos de kilómetros por hora , se produce un enorme desgaste de los neumáticos.
En la terminología automovilística generalmente aceptada [20] , sólo se denomina rueda al conjunto situado entre el cubo y el neumático (ver Fig.) , el cual, a su vez, está formado por una llanta sobre la que se asienta el neumático, y un disco o radios . que sirven para unir la llanta con el buje.
A pesar de esto, en la vida cotidiana, los automovilistas a menudo llaman a la rueda en este sentido una "llanta" ("llantas de aleación", "llantas de aleación", etc.).
Las ruedas de los primeros automóviles no eran esencialmente diferentes de las de los carruajes tirados por caballos y estaban hechas de madera. Posteriormente, aparecieron ruedas con llanta de metal y radios de madera, así como con radios de alambre de metal, como las ruedas de las motocicletas. Los neumáticos inicialmente parecían bandas de goma sólidas, más tarde, a medida que aumentaba la velocidad, fueron reemplazados por neumáticos, cuya altura de perfil aumentó constantemente hasta la década de 1960, aumentando la comodidad de conducción y la capacidad de carga del vehículo. Las bandas de goma se podían encontrar en los camiones desde la década de 1920, y los neumáticos sólidos todavía se pueden usar en vehículos militares en la actualidad: neumáticos de goma , desarrollados por primera vez para vehículos blindados durante la Primera Guerra Mundial.
A partir de la década de 1920, las ruedas de radios comenzaron a ser sustituidas paulatinamente por ruedas con discos de metal estampado, más sencillas y económicas de fabricar. Ya a mediados de la década siguiente, se convirtieron en el estándar de facto, pero en algunos lugares, por ejemplo en EE. una opción de fábrica (en algunos casos y en las décadas de 1980 y 1990, por ejemplo, se ofrecieron ruedas de radios de fábrica en el Cadillac Deville Brougham hasta 1996). Hoy en día, se asocia principalmente con los autos clásicos y la subcultura lowrider .
En la década de 1960, aparecieron como opción deportiva las llantas, total o parcialmente fundidas en aleación ligera, aluminio o magnesio . Hoy en día, casi la mayoría de los automóviles se suministran con ellos.
Sin engranajes (engranajes), muchos mecanismos no pueden funcionar. Estos incluyen relojes (incluyendo relojes de pulsera, de pared y de torre), despertadores , molinos de agua y de viento , castillos , esclusas , funiculares y muchos otros.
Los inventos humanos a menudo aparecen como imitaciones de la naturaleza (por ejemplo, los primeros diseños de aviones se parecían a los pájaros) [22] pero hay muy pocos diseños en la naturaleza que se parezcan a una rueda. Los investigadores atribuyen esto al hecho de que [23] :
G. Scholz [24] enumera como posibles análogos de la rueda:
Hay muchos más ejemplos de balanceo pasivo en la naturaleza. Scholz señala, en particular:
A nivel microscópico, las bacterias tienen un mecanismo bioquímico de rotación axial ( flagelo ), pero las bacterias no “ruedan” alrededor del eje-flagelo en el sentido literal de este verbo [23] , no hay análogos del flagelo en el macroscópico mundo.
Como el ejemplo más cercano (y posible prototipo) de una rueda, Scholz señala al escarabajo pelotero , que hace rodar excrementos de animales en una bola y luego la hace rodar en un agujero. Al mismo tiempo, un par de patas traseras sostiene la pelota desde dos lados opuestos, formando un análogo del eje [25] .
Los glóbulos rojos en los vasos sanguíneos forman estructuras complejas que ruedan como una rueda, tanto a lo largo de las paredes de los vasos sanguíneos como en el plasma , lo que conduce a una disminución de la resistencia al flujo sanguíneo. El fenómeno fue descubierto por el científico soviético A. L. Chizhevsky en 1951 [26]
Una rueda en heráldica es una figura artificial no heráldica formada por un anillo con rayos que emanan del centro - radios . La figura también se puede complementar con otro anillo, o una bola (bezante) en el centro. El número y forma de los rayos, la forma del anillo y la bola varían mucho, formando una gran variedad de variantes de esta figura. La imagen artística se puede complementar con otros elementos, como alas, flechas, etc.
En la descripción heráldica, la rueda se puede blasonar como un anillo , por lo que algunos heraldistas no la consideran una figura heráldica independiente.
En la heráldica moderna, además de simple, se conoce el uso de las siguientes variaciones de la rueda:
En los escudos y banderas de algunos países, ciudades, municipios, etc., se encuentran engranajes o sus segmentos (para más detalles ver aquí ).
escudo de armas de vietnam
Emblema de Burkina Faso (1984 - 1997)
Emblema de Mongolia
emblema de la india
La imagen de la rueda en el emblema de la seguridad departamental de Roszheldor ( signo de Petlichny ) [29]
La rueda es una importante figura vexilológica en la bandera y emblema de la India moderna. En este caso, simboliza la ley ( dharma ). La rueda está colocada sobre la bandera gitana , simbolizando la vida nómada de los gitanos y sus raíces indias. También está presente en el emblema de Mongolia , en referencia al budismo .
bandera india
bandera gitana
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