La rueda y el eje es una máquina que consta de una rueda unida a un eje más pequeño de modo que estas dos partes giran juntas en las que se transfiere una fuerza de una a la otra. La rueda y el eje pueden verse como una versión de la palanca, con una fuerza motriz aplicada tangencialmente al perímetro de la rueda y una fuerza de carga aplicada al eje, respectivamente, que se equilibran alrededor de la bisagra que es el fulcro.
Historia
A la cultura Halaf de 6500-5100 a. C. 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 utilicen vehículos con ruedas o incluso ruedas de cerámica. [1]
Una de las primeras aplicaciones del torno que apareció fue el torno de alfarero , utilizado por culturas prehistóricas para fabricar vasijas de barro. El tipo más antiguo, conocido como "tournettes" o "ruedas lentas", se conoció 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. [2] El ejemplo sobreviviente más antiguo, que se encontró en Ur (actual Irak ), data de aproximadamente 3100 a. C. [3]
La evidencia de vehículos con ruedas apareció a fines del cuarto milenio antes de Cristo . Las representaciones de vagones con ruedas encontradas en pictografías de tablillas de arcilla en el distrito de Eanna de Uruk , en la civilización sumeria de Mesopotamia, están fechadas entre el 3700 y el 3500 a. C. [4] En la segunda mitad del cuarto milenio a. C., la evidencia de vehículos con ruedas apareció casi simultáneamente en el norte del Cáucaso ( cultura Maykop ) y Europa del Este ( cultura Cucuteni-Trypillian ). Las representaciones de un vehículo con ruedas aparecieron entre el 3500 y el 3350 a. C. en la vasija de barro Bronocice excavada en un asentamiento de la cultura Funnelbeaker en el sur de Polonia . [5] En la cercana Olszanica , se construyó una puerta de 2,2 m de ancho (se construyeron 2,2 puertas de ancho) para la entrada de los carros; este granero tenía 40 m de largo y 3 puertas. [6] 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 BCE, el eje a 3360-3045 BCE. [7] 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. [8] Los historiadores creen que hubo una difusión del vehículo con ruedas desde el Cercano Oriente a Europa alrededor del cuarto milenio antes de Cristo. [9]
Un ejemplo temprano de una rueda de madera y su eje se encontró en 2002 en las marismas de Ljubljana, a unos 20 km al sur de Ljubljana , la capital de Eslovenia. Según la datación por radiocarbono , tiene entre 5.100 y 5.350 años. La rueda estaba hecha de fresno y roble y tenía un radio de 70 cm y el eje tenía 120 cm de largo y estaba hecho de roble. [10]
En el Egipto romano , Hero of Alexandria identificó la rueda y el eje como una de las máquinas simples utilizadas para levantar pesas. [11] Se cree que tuvo la forma de un molinete que consiste en una manivela o polea conectada a un barril cilíndrico que proporciona una ventaja mecánica para enrollar una cuerda y levantar una carga como un balde del pozo. [12]
Los científicos del Renacimiento identificaron la rueda y el eje como una de las seis máquinas simples, basándose en textos griegos sobre tecnología. [13]
Ventaja mecanica
La máquina simple llamada rueda y eje se refiere al conjunto formado por dos discos, o cilindros, de diferentes diámetros montados de manera que giran juntos alrededor de un mismo eje. La varilla delgada que debe girarse se llama eje y el objeto más ancho fijado al eje, sobre el cual aplicamos fuerza, se llama rueda. Una fuerza tangencial aplicada a la periferia del disco grande puede ejercer una fuerza mayor sobre una carga unida al eje, logrando una ventaja mecánica . Cuando se usa como la rueda de un vehículo con ruedas, el cilindro más pequeño es el eje de la rueda, pero cuando se usa en un molinete , cabrestante y otras aplicaciones similares (vea el elevador de minería medieval a la derecha), el cilindro más pequeño puede estar separado del eje montado. en los cojinetes. No se puede utilizar por separado. [14] [15]
Suponiendo que la rueda y el eje no disipan ni almacenan energía, es decir, que no tienen fricción ni elasticidad , la entrada de potencia por la fuerza aplicada a la rueda debe ser igual a la salida de potencia en el eje. A medida que el sistema de rueda y eje gira alrededor de sus cojinetes, los puntos de la circunferencia o borde de la rueda se mueven más rápido que los puntos de la circunferencia o borde del eje. Por lo tanto, una fuerza aplicada al borde de la rueda debe ser menor que la fuerza aplicada al borde del eje, porque la potencia es el producto de la fuerza y la velocidad. [dieciséis]
Deje una y b sea las distancias desde el centro del cojinete a los bordes de la rueda A y el eje B. Si la fuerza de entrada F A se aplica al borde de la rueda A y la fuerza F B en el borde de la el eje B es la salida, entonces la relación de las velocidades de los puntos A y B viene dada por a / b , por lo que la relación entre la fuerza de salida y la fuerza de entrada, o ventaja mecánica , está dada por
La ventaja mecánica de una máquina simple como la rueda y el eje se calcula como la relación entre la resistencia y el esfuerzo. Cuanto mayor sea la relación, mayor será la multiplicación de la fuerza (par) creada o la distancia alcanzada. Variando los radios del eje y / o rueda, se puede obtener cualquier ventaja mecánica. [17] De esta manera, el tamaño de la rueda puede aumentarse de manera inconveniente. En este caso se utiliza un sistema o combinación de ruedas (a menudo dentadas, es decir, engranajes ). Como una rueda y un eje son un tipo de palanca, un sistema de ruedas y ejes es como una palanca compuesta. [18]
En un vehículo de ruedas motorizado, la transmisión ejerce una fuerza sobre el eje que tiene un radio más pequeño que la rueda. La ventaja mecánica es, por tanto, mucho menor que 1. Por tanto, la rueda y el eje de un automóvil no son representativos de una máquina simple (cuyo propósito es aumentar la fuerza). La fricción entre la rueda y la carretera es bastante baja, por lo que incluso una pequeña fuerza ejercida sobre el eje es suficiente. La ventaja real radica en la gran velocidad de rotación a la que gira el eje gracias a la transmisión.
Ventaja mecánica ideal
La ventaja mecánica de una rueda y un eje sin fricción se denomina ventaja mecánica ideal (IMA). Se calcula con la siguiente fórmula:
Ventaja mecánica real
Todas las ruedas tienen fricción, que disipa parte de la potencia en forma de calor. La ventaja mecánica real (AMA) de una rueda y un eje se calcula con la siguiente fórmula:
dónde
- es la eficiencia de la rueda, la relación entre la potencia de salida y la entrada de potencia
Referencias
- ↑ V. Gordon Childe (1928). Nueva luz sobre el Oriente más antiguo . pag. 110.
- ^ DT Potts (2012). Un compañero de la arqueología del antiguo Cercano Oriente . pag. 285.
- ^ Moorey, Peter Roger Stuart (1999) [1994]. Materiales e industrias de la antigua Mesopotamia: la evidencia arqueológica . Lago Winona, IN: Eisenbrauns. pag. 146. ISBN 978-1-57506-042-2.
- ^ Attema, PAJ; Los-Weijns, Ma; Pers, ND Maring-Van der (diciembre de 2006). "Bronocice, Flintbek, Uruk, JEbel Aruda y Arslantepe: la evidencia más temprana de vehículos con ruedas en Europa y el Cercano Oriente" . Paleohistoria . Universidad de Groningen . 47/48: 10-28 (11). ISBN 9789077922187.
- ^ Anthony, David A. (2007). El caballo, la rueda y el lenguaje: cómo los jinetes de la Edad del Bronce de las estepas euroasiáticas dieron forma al mundo moderno . Princeton, Nueva Jersey: Princeton University Press. pag. 67 . ISBN 978-0-691-05887-0.
- ^ "35. Olszanica Longhouse 6: ¿Por qué tiene puertas anchas?" . 2018-10-26.
- ↑ Velušček, A .; Čufar, K. y Zupančič, M. (2009) "Prazgodovinsko leseno kolo z osjo s kolišča Stare gmajne na Ljubljanskem barju", págs. 197–222 en A. Velušček (ed.). Koliščarska naselbina Stare gmajne in njen as. Ljubljansko barje v 2. polovici 4 . tisočletja pr. Kr. Opera Instituti Archaeologici Sloveniae 16. Ljubljana.
- ^ Fowler, Chris; Harding, Jan y Hofmann, Daniela (eds.) (2015). El manual de Oxford de la Europa neolítica. OUP Oxford. ISBN 0-19-166688-2 . pag. 109.
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- ^ Aleksander Gasser (marzo de 2003). "La rueda más antigua del mundo encontrada en Eslovenia" . Oficina de Comunicación del Gobierno de la República de Eslovenia . Consultado el 19 de agosto de 2010 .
- ^ Usher, Abbott Payson (1988). Una historia de inventos mecánicos . EE.UU .: Courier Dover Publications. pag. 98. ISBN 048625593X.
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- ↑ Bowser, Edward Albert, 1890, Un tratado elemental sobre mecánica analítica: con numerosos ejemplos. (Originalmente de la Universidad de Michigan) D. Van Nostrand Company, págs.190
- ^ Baker, CE Los principios y la práctica de la estática y la dinámica ... para el uso de escuelas y estudiantes privados. Londres: John Weale, 59, High Holborn. 1851 págs. 26–29 leer en línea o descargar el texto completo
Recursos adicionales
Máquinas básicas y cómo funcionan, Estados Unidos. Bureau of Naval Personnel, Courier Dover Publications 1965, págs. 3–1 y la siguiente vista previa en línea