El mayor logro de una rueda de bicicleta es simplemente ser una rueda, un dispositivo que permite la movilidad terrestre con fricción ultrabaja. Considerado indiscutiblemente uno de los mayores logros de la humanidad, su aparición supuso un gran cambio en la civilización.
Este es un tema más amplio de lo que se piensa. ¿Qué es exactamente una rueda? ¿Por qué apareció en Sumeria y no antes o después? ¿Por qué no existen en la naturaleza? ¿Es una invención no intuitiva y quién es su inventor? ¿Por qué es tan popular? ¿Por qué considero la rueda de bicicleta la forma más significativa y evolucionada de este artilugio? ¿Qué exige del diseño cumplir esta función de "ser una rueda"?
La conversación ha atraído a algunas de las mentes más brillantes de nuestro tiempo: los biólogos evolutivos Stephen Jay Gould y Richard Dawkins, el antropólogo y ecólogo Jared Diamond, el legendario arqueólogo británico Stuart Piggott y muchos otros: filósofos, ingenieros, escritores de ciencia ficción y mecánicos. Un fabuloso debate sobre la rotación en los sistemas vivos se encuentra en Wikipedia .
La mayoría coincide en que las ruedas representan la rotación alrededor de un centro fijo, algo desconocido en la naturaleza. La rotación de un planeta implica un centro teórico, pero no forma parte de la dinámica, solo un concepto. Rotar no es rodar. Muchos seres vivos (y rocas) ruedan obedeciendo a la gravedad, para viajar o para escapar. Pero no tienen ruedas. Sin embargo, recientemente, una curiosa nota al margen sobre el tema señala que ciertas bacterias tienen esta rotación.
Ciertamente, para los humanos, la rueda fue una invención que, según los arqueólogos, surgió de forma bastante repentina en Sumeria (actual Irak) en el año 3500 a. C. Los sumerios construían su rueda de una manera particular, por lo que el concepto es fácil de rastrear alrededor del mundo. Ese estilo de rueda en la Gran Bretaña prehistórica se inspiró sin duda en la invención sumeria.
El estudio clásico de Stuart Piggott, The Earliest Wheeled Transport (1983), documenta la increíble velocidad con la que este concepto se extendió por el planeta prehistórico. Quizás la difusión de ideas más rápida de todos los tiempos. En un abrir y cerrar de ojos, las ruedas estaban en el norte de África, Suiza, Gran Bretaña, Baviera, Rusia, el Lejano Oriente, en todas partes. El comercio fue prolífico desde tiempos remotos y parece que todo comerciante que vio ruedas al visitar Sumeria comprendió las posibilidades. O, al menos, la diversión. En cuanto llegaron a casa, crearon las suyas propias.
La forma de vida nómada y móvil por excelencia del planeta (nosotros) tardó un nanosegundo en comprender su potencial. De hecho, la siguiente gran tendencia fue la de ser enterrados con ruedas. Los cementerios con esqueletos y vehículos con ruedas comenzaron a aparecer por todas partes, lo que permitió a los arqueólogos documentar con precisión su expansión.
Es necesario mencionar varios factores importantes relacionados, pero no se analizarán por razones de brevedad. La disponibilidad de animales domésticos con tracción incrementó considerablemente la utilidad de los vehículos con ruedas. Los bueyes permitieron que estos carros fueran pesados. Posteriormente, llegaron los caballos, más rápidos y fáciles de entrenar, lo que impulsó la búsqueda de carros y ruedas más ligeros. El aparejo del rey Tut muestra el gran avance del desarrollo hacia 1290 a. C.
Egipto se incorporó tardíamente a la escena de los tornos (excepto los tornos de cerámica), pero cuando se introdujeron, causaron sensación. Los tornos del rey Tut son cien veces más ligeros y rápidos que los sumerios. Las ruedas de radios y la máquina ultradelgada que sustentaban ( véase la publicación anterior ) eran un auténtico éxito desde cualquier punto de vista.
Dos caballos sanos arrastrando esta cesta de 36 kg a 64 km/h por el desierto debieron ser emocionantes. En el caso de Tutankamón, quizás la última. En 2010, un estudio de ADN sugiere que sufrió una fractura en la pierna izquierda pocas horas antes de morir. Dada su agenda real, es difícil imaginar otra catástrofe aparte de correr a toda velocidad. La velocidad es adictiva, las ruedas ligeras, tentadoras, y los jóvenes (faraones o no) están dispuestos a desafiar los límites.
Como apunte, tal vez puedas ver en la imagen básica de arriba que cada radio consta de dos listones, uno al lado del otro. Al construir la rueda, estos se dimensionan y se fijan con una cuña encajada entre ellos en el centro. En cada extremo, los listones se unen con cuero. Los radios se ajustan lo más firmemente posible. Una vez colocados y envueltos firmemente con cuero húmedo (que se seca y se tensa como el acero), se extraen las cuñas y se juntan los listones. Al aumentar su longitud, los radios se comprimen considerablemente, lo que hace que la rueda sea mucho más resistente que sin él.
La rueda entró en un estancamiento relativo en su desarrollo hasta que se descubrió el milagro de los vehículos de una sola vía. Así es la bicicleta. Una sola vía (una rueda sigue a la otra) = menor peso (menos ruedas) + menor fuerza necesaria (tomar las curvas inclinándose reduce la fuerza lateral) = más diversión. Una vez más, los mejores ingenieros y los amantes de las emociones fuertes se enfrentaron al reto.
El primer avance fue el radio tensado. Por ello, debemos enormemente a Sir George Cayley, padre del vuelo y la aerodinámica. Quería una rueda más ligera para vuelos más pesados que el aire (dentro de 100 años) que resultaría esencial para la bicicleta (dentro de 40 años). En 1808, rechazó los ingeniosos radios de compresión y propuso un cable tensado. Aún no se disponía de alambre de acero.
En 1816, afirmó que los globos y dirigibles no eran aerodinámicos y creó una forma que sí lo es y genera sustentación. Se ha verificado que coincide perfectamente con la sección 63A016-LB N-0016 del perfil aerodinámico de la NACA. Ese mismo año, presentó el diseño de un avión a vapor de 131 metros de largo y 74.000 kg de peso. Calculó la sustentación, la resistencia, la potencia del motor, la recuperación de agua y el consumo de combustible, y afirmó que transportaría a 50 personas a lo largo de 1540 kilómetros con una sola carga de combustible. Estudios posteriores demuestran que el avión habría volado. Pero a un par de mecánicos de bicicletas les llevó 100 años arriesgarse a volar y lograrlo.
Bien, ahora tenemos una maravilla de la ingeniería superligera y el mundo del ciclismo cobra una gran importancia a nivel mundial. La primera rueda de alambre tensada se fabricó en el Ariel de George Starley en 1874. Starley, el padre de la industria ciclista inglesa, también tuvo problemas para impulsar las ruedas gemelas de un triciclo para adultos en 1877. Se quedó perplejo un rato, se le oyó gritar "¡Lo tengo!" y luego se sentó a diseñar el mecanismo de engranaje diferencial que se ve en prácticamente todos los vehículos motorizados hasta el día de hoy. ¡Vaya, los mecánicos de bicicletas pueden ser increíblemente ingeniosos!
La última gran mejora de la rueda de bicicleta la convirtió en la rueda más importante de todos los tiempos. Fue el origen de los primeros neumáticos comerciales, clave para el amplio uso actual de las ruedas para la movilidad. En 1888, John Dunlop aprovechó el trabajo de Charles Goodyear (1844) y Robert Thomson (1846) y perfeccionó un neumático para bicicletas que se adoptó a nivel mundial en un par de años. La diferencia en la resistencia a la rodadura es enorme.
¿Qué tan populares son las ruedas, especialmente las de bicicleta, hoy en día? Hace poco me topé con un grupo de noticias que hablaba sobre pasos de rosca (tamaños). En concreto, ¿cuál es el paso de rosca más popular del mundo? M6, M8 y M10 fueron los nominados, al igual que 1/4-20tpi y E27 (porta bombillas). Sin embargo, al final, el "ganador" fue 2 mm x 56tpi. La rosca de los radios de bicicleta. Con más de mil millones de bicicletas, cada una con 72 radios con roscas casi idénticas, se pueden ver cifras considerables.
Esto nos lleva directamente al segundo truco de la rueda: su papel crucial como elemento del sistema neumático. Este primer truco aún requiere más atención, pero estamos escribiendo en el blog, ¡así que sigamos adelante!
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Doug Williams
noviembre 02, 2021
Don’t forget about ball bearings – another huge leap in wheel technology. Ball bearings were so important that the German factories which made them were regularly on the top of the list of targets for Allied bombers in WWII.
Also: “Jules Suriray, a Parisian bicycle mechanic, designed the first radial style ball bearing in 1869,2 which was then fitted to the winning bicycle ridden by James Moore in the world’s first bicycle road race, Paris-Rouen, in November 1869.3” (from wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Ball_bearing)