Ruota

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Una ruota è un oggetto circolare in grado di ruotare attorno ad un asse centrale. Viste le sue molteplici applicazioni, dalla meccanica all'idraulica o ai trasporti, è considerata una delle invenzioni più rivoluzionarie della storia e del progresso dell'umanità.

Storia[modifica | modifica wikitesto]

Cronistoria della ruota
Ruota a raggi risalente al 2000 a.C. esposta al Museo Nazionale dell'Iran, a Teheran
moderna ruota con sistemi di frenata

In linea generale si ipotizza che l'uso della ruota sia stato preceduto da quello della slitta; in seguito si cominciò a far rotolare pesi su tronchi d'albero.

Secondo gli studiosi[quali esattamente?] la ruota fu inventata nell'antica Mesopotamia (dai Sumeri) nel V millennio a.C. per la lavorazione del vasellame. Gli Inca e altre culture occidentali sembrano essersi avvicinate al concetto di ruota, che appare in alcuni giocattoli in pietra, senza farne però un uso simile a quello moderno. Sembra che la ruota non fosse conosciuta nell'Africa sub-sahariana e in Australia prima del contatto con il resto del mondo.

Nel nuovo mondo, sebbene non avessero propriamente sviluppato la ruota, sembra che gli Olmechi e altre culture Americane vi si fossero avvicinati, come dimostrato dal ritrovamento di un gioco per bambini datato 1500 anni prima di Cristo.[1] Si pensa che il primo ostacolo all'utilizzo in larga scala della ruota fu la mancanza di grandi animali addomesticati che potessero essere utilizzati per trainare i carri: il bisonte americano è difficile da addomesticare e il cavallo, presente fino a 12.000 anni fa, si estinse rapidamente in seguito alla caccia effettuata dagli umani appena giunti nel nuovo continente.[2] Il solo animale che fu addomesticato nel Nuovo mondo fu il lama, che non si diffuse oltre le Ande, sino al tempo dell'arrivo di Colombo.

Concludendo, probabilmente l'invenzione è stata possibile soltanto in quelle aree, come Mesopotamia e Cina, in cui erano stati addomesticati animali selvatici di grossa e media taglia, i soli in grado di fornire la forza motrice necessaria ai carri.

L'invenzione si colloca nella stessa epoca neolitica a cui risalgono altre invenzioni che diedero origine all'età del bronzo. Questo implica un periodo di alcuni millenni successivo all'epoca dell'invenzione dell'agricoltura, quando la ruota non era conosciuta.

Le prime ruote erano semplici dischi in legno con un foro in mezzo per l'asse come quelle rappresentate nello Stendardo di Ur (XXV secolo a.C.). Negli affreschi egizi vi sono invece ruote a raggi; altri esempi di ruote a raggi sono presenti in Siberia nella cultura Andronovo del XX secolo a.C. Nel I millennio a.C. i Celti circondarono la ruota in legno con un cerchio di ferro, realizzando un modello di ruota ancora in uso nel XX secolo.

Meccanica[modifica | modifica wikitesto]

Le ruote sono usate in combinazione con gli assi, a cui la ruota può essere solidale e riceverne moto, oppure può girare liberamente rispetto all'asse per mezzo di cuscinetti. La riduzione delle resistenze all'avanzamento offerta dalla ruota è dovuta al fatto che le dissipazioni per attrito radente sono limitate alla zona di contatto tra la ruota e l'asse: inoltre la leva costituita dalla ruota con fulcro nel centro riduce la velocità di strisciamento e quindi la forza di attrito quanto maggiore è il diametro della ruota.

Esempi:

  • Per un oggetto di massa 100 kg (corrispondenti ad un peso di circa 981 N) trainato per 10 m su una superficie con μ = 0,5, il lavoro richiesto per vincere l'attrito è di 981 × 10 × 0,5 = 4905 J.
  • Consideriamo lo stesso oggetto montato su quattro ruote. Supponendo che il diametro di ogni ruota sia di un metro e il diametro dell'asse sia 50 mm, il rapporto della leva è pari a 0,05. Supponendo un coefficiente di attrito tra le superfici μ = 0,1 (migliore in quanto il cuscinetto della ruota è studiato per ridurre l'attrito) si ha: 981 × 0.05 × 0.1 × 10 = 49 J.

In realtà un'ulteriore perdita di energia è dovuta alle deformazioni che la ruota subisce a contatto con il suolo. Questa perdita è particolarmente bassa nelle ruote rigide dei treni.

Cinematica[modifica | modifica wikitesto]

Componenti cartesiane velocità rotolamento

Il moto associato all'avanzamento e alla rotazione di una ruota è il rotolamento. Eccetto l'asse di rotazione, ogni punto della ruota disegna una curva cicloide. Per una ruota di raggio r, le componenti cartesiane della velocità Vx e Vy sono ricavabili in funzione dell'angolo di rotazione considerando il moto di rotolamento come la somma di due moti puri: uno di trascinamento e uno di rotazione.

Componenti cartesiane velocità rotolamento cerchio interno ruota

Nel rotolamento, i punti compresi tra l'asse di rotazione e la circonferenza della ruota disegnano una curva cicloide accorciata. Considerata una ruota di raggio r che abbia un cerchio di raggio h concentrico e solidale con l'asse di rotazione, analogamente alla cicloide ordinaria, le componenti cartesiane della velocità del cerchio V'x e V'y sono ricavabili in funzione dell'angolo di rotazione dalle seguenti equazioni.

Uso[modifica | modifica wikitesto]

Ruote gemellate di un camion

La ruota è stata un'invenzione importante non solo per i trasporti, ma per il progresso tecnologico in generale. Esistono infatti tipi di ruota, come la ruota idraulica, gli ingranaggi, il volano, la ruota del vasaio, la carrucola e la ruota per filare, che non sono connesse direttamente all'uso nei trasporti.

Se si esclude il carro, la carriola e il monociclo, tutti i veicoli dotati di ruota possiedono una ruota anteriore e una posteriore con la trazione che può essere impressa su ciascuna o entrambe.

La ruota oltre che singola può essere gemellata, cioè accoppiata a una ruota uguale sullo stesso lato, in modo da poter aumentare il carico sull'asse e/o ridurre la pressione al suolo.

Innovazioni[modifica | modifica wikitesto]

Negli ultimi anni le ruote sono state prodotte e presentate in diverse configurazioni, tra cui l'ultima nel 2005 la ditta francese Osmos wheel,[senza fonte] dove si ha solo la parte più perimetrale del cerchione il quale viene montato su un cuscinetto di dimensioni molto elevate, il quale dalla parte più esterna è fissato alla ruota, dalla parte più interna è vincolato al sistema di sospensione del mezzo.

Magnifying glass icon mgx2.svgLo stesso argomento in dettaglio: Cerchione § PCD.

Ruota di scorta[modifica | modifica wikitesto]

Ruotino di un'autovettura

La ruota di scorta è una ruota supplementare, utilizzata solo per la sostituzione in caso di foratura di una delle ruote usate normalmente. Questa può essere:

  • ruota normale: ha le stesse misure delle ruote usate normalmente;
  • ruotino: ha misure più compatte rispetto alle ruote normalmente usate sull'auto (larghezza minore del battistrada e canale del cerchio più stretto) e viene identificata per via della verniciatura diversa rispetto alle ruote per cui è omologata (le misure del ruotino non debbono essere presenti sulla carta di circolazione) e nei modelli più recenti anche da un bollo con su scritta l'andatura massima in caso di montaggio.
    L'inconveniente di tale ruota è la minore resistenza del copertone e nel caso venga usato alle ruota motrice il maggiore lavoro svolto dal differenziale per via delle differenze di circonferenza e di conseguenza di rotazione tra ruote.

In alcuni casi la ruota di scorta viene sostituita da kit di gonfiaggio e schiuma, che sigillano le piccole perdite e permettono di gonfiare lo pneumatico.

Generalmente le ruote di scorta vengono tenute:

  • nel bagagliaio: tipico alloggiamento degli autoveicoli europei;
  • sotto l'automezzo: tipico alloggiamento degli autoveicoli americani;
  • sul portellone posteriore: tipico di alcuni fuoristrada;
  • sul cofano anteriore: tipico di alcuni fuoristrada;
  • lateralmente: alloggiamento tipico delle prime automobili e di alcuni ciclomotori, tra cui la Piaggio Vespa e la Innocenti Lambretta.

Note[modifica | modifica wikitesto]

  1. ^ journal: Gordon F. Ekholm, Wheeled Toys in Mexico, American Antiquity, vol.= 11, 1945
  2. ^ Ben Singer, A brief history of the horse in America, Canadian Geographic Magazine, May 2005 [1] Archiviato il 19 agosto 2014 in Internet Archive.

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