¿Por qué nos rodean rodamientos de bolas?

Ian Sullivan para Deseret News

Recuerdo cuando aprendí a andar en bicicleta: tenía cinco años y medía un metro y medio. Al principio la moto era pesada y torpe y me choqué contra el asfalto más de una vez. Pero luego lo entendí (cómo mantener el equilibrio, pedalear y conducir) y comencé a volar. Me di cuenta de que había pasado mi vida prácticamente como un objeto estacionario, pero ahora tenía ruedas y mi propia velocidad. Podría girar en círculos o ir rápido en línea recta. Se sintió como libertad. Se sintió como magia.

En ese momento no me preguntaba cómo era posible que un niño de cinco años pudiera moverse como un pájaro con muy poco esfuerzo o control. Lo di por sentado. Las bicicletas existían, por eso yo las montaba. Por diversión. Porque podría. Cuando mi bicicleta se averió, por cualquier cosa que no fuera un pinchazo, no supe cómo arreglarlo. Al final conseguiría uno nuevo. Ignoraba la máquina, la forma en que realmente funcionaba la magia.

Cuando tenía 19 años, me mudé de casa para ir a la universidad. No tenía coche, así que necesitaba una bicicleta, y había una tienda de bicicletas enfrente del campus. Entré y le dije al mecánico de pelo largo que quería una bicicleta que girara bien a altas velocidades y que no se estropeara. Sacó una Motobécane, roja y negra, fabricada en Francia. Lo monté y me enamoré.

El mecánico, sin embargo, me advirtió que la moto se averiaría. Dijo: "Esta es una buena bicicleta, con buenos componentes, pero incluso las mejores bicicletas necesitan mantenimiento".

Las bicicletas, me dijo, son, con diferencia, el medio de transporte más eficiente, porque son livianas y ruedan sobre rodamientos de bolas. Todas las partes móviles (las ruedas, los pedales y la manivela, la columna de dirección) giran sobre rodamientos de bolas.

"No se pueden ver", dijo. "Están escondidos en el interior: anillos de bolas de acero que giran dentro de conchas en forma de rosquilla, o es más como si estuvieran intercalados entre dos lados de un bagel".

Sostuvo sus manos como si estuviera sosteniendo un panecillo juntos. “Demasiado apretado y las bolas no giran. Demasiado flojo y las bolas se tambalean. Pero en el medio hay un punto mágico donde no hay fricción”.

Cogió una rueda delantera que estaba en el banco, me dijo que la sujetara por el eje (una mano a cada lado) y le dio una vuelta.

Él dijo: “Un tipo trajo esta rueda porque se tambaleaba porque tenía cojinetes sueltos”.

La rueda en mis manos se sentía como si estuviera girando sobre mantequilla, en silencio, sin vibraciones, como si nunca fuera a detenerse.

“Ajusté los rodamientos”, dijo. "Ahora esta bien."

Me dijo que los rodamientos de mi bicicleta también estaban bien, por ahora, pero que eventualmente se desalinearían y sería necesario ajustarlos.

"Así son las cosas", dijo, "así que es hora de que aprendas a mantener la orientación".

Compré la bicicleta y un montón de herramientas, las que él dijo que necesitaba.

No recuerdo cuánto tiempo pasó después de eso, ni por qué específicamente comencé a desarmar la bicicleta, pero llegó un momento en que la bicicleta estaba hecha pedazos y tenía cien pequeñas bolas de acero rodando por el piso de mi cocina. Había convertido en un caos una máquina que funcionaba perfectamente y pensé: "Esto puede no terminar bien".

Resulta que los rodamientos de bolas están a nuestro alrededor, dentro de todas nuestras ruedas y motores. No los vemos en acción porque están ocultos, encerrados por diseño. Pero están aquí, dentro de nuestros ventiladores, aspiradoras y motores a reacción, así como en nuestras bicicletas, automóviles y camiones. Son literalmente cómo nos movemos. Sin rodamientos de bolas, la civilización tal como la conocemos se detendría estrepitosamente. Y, sin embargo, les damos muy poco reconocimiento o respeto. No pensamos de dónde vinieron ni cómo llegaron aquí. No sabemos que dependemos de ellos.

Hay muchos tipos de rodamientos. Algunos tienen bolas o elementos rodantes y otros no. Lo que todos tienen en común es su función, que es la de reducir la fricción. Hoy en día, esto es lo que necesitamos y queremos: menos fricción, en más de un sentido, pero durante la mayor parte de la historia de la humanidad la fricción no fue un problema, no fue algo que debiera reducirse o superarse. La fricción solía ser algo bueno. Así evitamos resbalar al caminar. Así es como construimos nuestros fuegos.

Pero luego, hace unos 10.000 años, la gente empezó a mover grandes rocas por el suelo para construir monumentos megalíticos sagrados. Estamos hablando de rocas del tamaño de elefantes y ballenas, a menudo transportadas muchos kilómetros, para construir estructuras que conectaban la tierra con el cielo, estructuras que tenían poderes mágicos. Fue entonces cuando la fricción se convirtió por primera vez en un problema y así comenzó nuestra dependencia de los rodamientos.

Eran gente de la Edad de Piedra, lo que significa que sólo tenían herramientas de piedra para trabajar. Los caballos aún no estaban domesticados. Las enormes rocas que movieron y colocaron siguen en pie en África, Europa, Asia y las islas del Océano Pacífico. Nadie sabe a ciencia cierta por qué lo hicieron porque no escribieron las cosas. En aquel entonces no existía la lengua escrita. Así que tampoco sabemos con seguridad cómo lo hicieron, pero parece haber sólo una posibilidad.

Piense en Stonehenge, construido hace 4.600 años en lo que hoy es la llanura de Salisbury de Inglaterra. Las altas piedras del anillo exterior miden 13 pies de alto, siete pies de ancho y cuatro pies de espesor, cada una pesa hasta 30 toneladas y provienen de una cantera a 15 millas de distancia.

Imagínese que estamos allí en la cantera, hace 4.600 años, mirando una de las piedras que yacen en el suelo (13 pies de largo, 30 toneladas) preguntándonos cómo vamos a moverla aunque sea un pie, y mucho menos 15 millas.

Tenemos un problema básico: demasiada fricción. La fricción proviene de superficies que se deslizan o ruedan entre sí: cuanto más superficie entra en contacto, más fricción se crea. Si nuestra piedra tuviera forma de bola, no tendría mucha superficie tocando el suelo y podríamos hacerla rodar, pero en lugar de una bola, tenemos una losa larga. Deslizarlo por el suelo parece imposible.

Nuestra única esperanza es reducir la cantidad de superficie que entra en contacto entre la roca y el suelo. Es posible que ya haya encontrado la respuesta: utilizamos troncos lisos como rodillos debajo de la roca. Cortamos algunos árboles con nuestras hachas de piedra, alisamos los troncos y los metemos debajo de la roca, uno tras otro. La roca no toca el suelo, sino que se desplaza sobre los troncos rodantes, lo que supone una enorme reducción de la fricción.

Así creemos que lo hicieron. No lo sabemos con certeza, pero las únicas otras respuestas son por magia o extraterrestres.

Estos fueron los primeros rodamientos, el primer paso para superar las fuerzas de fricción. Ahora los llamamos rodamientos de rodillos y todavía los utilizamos para cintas transportadoras.

La segunda gran innovación en la reducción de la fricción fue la invención de la rueda, o debería decir la invención de la rueda y el eje porque siempre van juntos. Este lugar, donde la rueda gira alrededor del eje, era el nuevo rodamiento. Ahora lo llamamos cojinete liso.

Durante miles de años, los métodos y la práctica de construir ruedas siguieron siendo esencialmente los mismos. Todo esto cambió en 1869, cuando un mecánico de bicicletas francés llamado Jules Suriray diseñó y construyó rodamientos de bolas para una rueda de bicicleta. La bicicleta supuso un gran salto en la evolución de los rodamientos y la reducción de la fricción.

Todo comenzó con la máquina para correr, inventada en 1817. Era como una bicicleta, pero no tenía pedales. La estructura era de madera, las ruedas eran de madera con cojinetes lisos. Para hacerlo avanzar o retroceder había que caminar o correr los pies por el suelo. Los franceses lo llamaron velocípedo. En 1860, los velocípedos en París tenían marcos de aleación de acero livianos y bastante hermosos. En los años siguientes se añadieron pedales y nació la bicicleta. Las primeras bicicletas tenían ruedas delanteras grandes porque de esa manera podían llegar más lejos y más rápido con cada giro de los pedales.

En 1869, había jóvenes corriendo en bicicleta por todo París. La gente llamaba a las bicicletas rompehuesos por todos los golpes y rebotes sobre las carreteras adoquinadas. Estas fuerzas de golpe y rebote llegaron primero al cojinete liso de la rueda delantera y luego a través del marco de acero hasta los huesos del ciclista.

Los cojinetes se desgastan, al igual que las vértebras inferiores. Las partes móviles deben funcionar como una unidad (todo manteniendo la forma y el tamaño correctos, alineado) mientras se mueven por el suelo y están sujetos a las fuerzas de la gravedad y las aceleraciones laterales. Puedes comenzar con todo funcionando muy bien, pero eventualmente la fricción creará calor, lo que causará hinchazón, lo que provocará más fricción... y la unidad se desmoronará, especialmente si hay golpes y rebotes involucrados.

Sabemos que Suriray era herrero y mecánico de bicicletas en París. Sabemos que tenía una tienda cerca de la Place de la République. Pero, lamentablemente, se sabe muy poco sobre su historia personal o sobre cómo se le ocurrió el diseño del rodamiento de bolas.

Supongo, o me imagino, que unos jóvenes de París le llevaron a Suriray sus bicicletas rotas y le pidieron que las arreglara para que fueran aún más rápido. Querían una ventaja competitiva. Suriray miró las bicicletas y se dio cuenta de que los cojinetes de las ruedas delanteras se estaban desgastando por la fricción y el abuso. Si pudiera reducir la fricción, la bicicleta iría más rápido y duraría más.

Sabemos que se avecinaba una gran carrera, el 7 de noviembre de 1869, la primera carrera ciclista de larga distancia a través del campo, de París a Rouen, 80 millas. Suriray no inventó el rodamiento de bolas, solo fue la primera persona en construir un rodamiento de bolas que realmente funcionaba para una rueda y un eje. Limó a mano las bolas de acero y luego usó un torno para hacer dos medias carcasas redondas, y luego descubrió cómo mantenerlas en su lugar (ni demasiado apretadas ni demasiado sueltas) para que las bolas giraran libremente entre el eje y la rueda. . Su diseño era simple y funcionó muy bien. Es básicamente el mismo diseño que usamos hoy. Debe haberse sentido muy bien cuando hizo girar la rueda. Puede que se sintiera como magia.

Ciento veinte corredores se presentaron en el Arco de Triunfo para la salida de la carrera. El recorrido discurría por caminos rurales llenos de baches y tramos cuesta arriba en los que había que empujar las bicicletas. James Moore, un inglés de 20 años que iba en bicicleta con Suriray, terminó primero, 15 minutos por delante del segundo y tercer ciclista. Moore se hizo famoso y Suiray se puso a fabricar ruedas de bicicleta con rodamientos de bolas.

Luego, en 1870, comenzó la guerra franco-prusiana y París se convirtió en zona de guerra. Allí ya nadie se interesaba por las bicicletas.

La fabricación de bicicletas se trasladó a Alemania, Inglaterra y Estados Unidos. Los rodamientos de bolas se convirtieron en piezas estándar, pero fabricarlos era difícil, especialmente las bolas de acero, ya que se les daba forma y se limaban a mano, una a la vez. Luego, en 1883, Friedrich Fischer, un fabricante alemán de bicicletas, inventó la máquina rectificadora de bolas que podía producir grandes cantidades de bolas de acero con gran precisión, con variaciones de no más de dos centésimas de milímetro.

En 1890, las bicicletas tenían el mismo aspecto y manejo que hoy. Las ruedas delanteras y traseras eran del mismo tamaño y tenían neumáticos de goma inflables. Los pedales estaban en el medio del cuadro con una cadena a la rueda trasera y todas las partes móviles (excepto los frenos) giraban sobre cojinetes de bolas. La llamaron la bicicleta de seguridad porque era mucho más segura y más fácil de manejar que la que sacude los huesos.

A mediados de la década de 1890, una locura por las bicicletas se extendía por Europa y Estados Unidos. Había cientos de fabricantes de bicicletas y millones de personas montando en ellas. Las bicicletas dieron a la gente una nueva sensación de libertad, especialmente a las mujeres.

Las mujeres que andaban en bicicleta comenzaron a exigir igualdad de derechos, como el derecho al voto. Se podría decir que se les subieron a la cabeza: querían ser libres, sin fricciones, en todos los aspectos de sus vidas, no sólo cuando andaban en bicicleta.

Sin embargo, todo esto cambió con el cambio de siglo, cuando la producción en masa de automóviles asequibles volvió a poner a los hombres en el asiento del conductor.

Los rodamientos de bolas se utilizaron en automóviles y luego en aviones, así como en generadores y motores eléctricos. Sin rodamientos de bolas para reducir la fricción, las piezas giratorias de estas nuevas máquinas se habrían calentado y atascado.

De esta manera, los rodamientos de bolas se volvieron esenciales en nuestra cultura, como el agua es esencial en nuestros cuerpos. Un ejemplo de ello sería el bombardeo de Schweinfurt durante la Segunda Guerra Mundial. En aquel entonces, 1943, la ciudad de Schweinfurt producía aproximadamente el 50 por ciento de los rodamientos de bolas que giraban dentro de la máquina de guerra del Tercer Reich. La estrategia, por tanto, fue paralizar la maquinaria de guerra bombardeando las fábricas de rodamientos de bolas.

En la mañana del 17 de agosto de 1943, 230 bombarderos B-17 estadounidenses despegaron de Inglaterra y cruzaron el Canal de la Mancha hacia Schweinfurt, Alemania. Los bombarderos volaron en una formación que se extendía a lo largo de 20 millas, cubriendo el cielo. Una vez sobre el continente, fueron interceptados por aviones de combate alemanes Messerschmitt que comenzaron a derribarlos. Todos los aviones tenían rodamientos de bolas que rodeaban sus ejes de hélice. Fue una batalla de, por y para los rodamientos.

Las fábricas fueron alcanzadas pero sólo sufrieron daños temporales, mientras que los estadounidenses perdieron alrededor del 20 por ciento de sus aviones y sus tripulaciones, ya sea muertos o hechos prisioneros. Es evidente que la misión de bombardeo no había sido un éxito. Así que las fuerzas aliadas lo hicieron una y otra vez: 22 veces en total. Y, sin embargo, la máquina de guerra alemana nunca sufrió por los rodamientos.

Hoy en día contamos con rodamientos excelentes que se desplazan sobre pasadores y conos de rodillos, así como sobre bolas. Incluso tenemos rodamientos que funcionan con fluidos y aire. Por ejemplo, el disco de mi computadora portátil gira sobre un cojinete de aire donde ninguna superficie sólida entra en contacto, lo que reduce la fricción a casi nada. Hoy en día, la fricción ya no es un problema a resolver.

Nuestro problema ahora es que tenemos demasiadas ruedas y motores girando a nuestro alrededor. Nos hemos vuelto dependientes de ellos y de los combustibles fósiles que los mantienen girando: necesitamos y queremos más y más, mientras los glaciares retroceden y las especies se extinguen.

Lo que realmente necesitamos ahora es un nuevo tipo de rumbo, uno que sea puramente conceptual, un rumbo que pueda mantener unidos dos pensamientos o creencias opuestas (como la ciencia y la religión, o nosotros y ellos) de una manera que puedan moverse juntos sin fricción. Jesús y Buda pensaron que la compasión podría funcionar así, como referencia conceptual, pero la compasión siempre parece escasear o no estar disponible cuando la necesitas.

Han pasado 46 años desde que estaba en la universidad mirando las bolas de acero esparcidas por el piso de mi cocina, y debo confesar que todavía tengo que dominar el arte de mantener la orientación, de encontrar el lugar perfecto: ni demasiado apretado, ni demasiado flojo. - pero estoy trabajando en ello.

Esta historia aparece en la edición de octubre de la revista Deseret. Obtenga más información sobre cómo suscribirse.