miniatura|Roda del Museu Nacional de l'Iran, a Teheran. Aquesta roda s'ha data del segon mil·lenni aC, fou trobada a Chogha Zanbil, Iran. Una roda és un dispositiu en forma disc o torus. La seva operació fonamental és transmetre el moviment lineal en moviment angular. És una de les primeres i més simples màquines. El nombre de rodes sovint classifica el vehicle que les usa en una categoria o una altra.
L'aparició de la roda, cap al 3500 aC, és considerada crucial per al desenvolupament de la civilització. Permeté als humans fer un ús més eficaç de la potència animal i resoldre la seva necessitat de desplaçar-se, així com el seu ús en altres aplicacions com les rodes de terrissaire o les dels molins. Tanmateix no totes les civilitzacions van incorporar inicialment aquest invent, per desconeixement o per voluntat pròpia.
Etimologia miniatura|Pintura d'una roda, segle XV La paraula roda prové del vocable llatí rota, que procedeix del protoindoeuropeu rotā-, una forma de l'arrel ret- que significa «fer rodar, girar». Els estudiosos han suggerit que la paraula roda té la seva arrel en les llengües dels pobles orientals més antics i que posteriorment passà al grec i al llatí amb la migració dels indoeuropeus des d'Àsia a Europa.
El terme anglès wheel provendria de varkana o mankana, que al seu torn estarien compostes de les veus var o man (amb el significat ‘treballar, operar’) i kara o kana (tronc recte, curt i de secció arrodonida).
Història miniatura|Olla de Bronocice - la imatge més antiga d'un vehicle de rodes al món La roda és considerada com un dels invents claus de la història de la humanitat, juntament amb el foc. Va ser inventada de manera independent per diverses cultures. És impossible saber a partir de quina idea va sorgir el primer desenvolupament de la roda, encara que és plausible teoritzar que va sorgir de l'observació directa i mimetisme de la natura. Per exemple en veure com una pedra plana es desplaça de mode dificultós amb comparació amb una pedra més proporcionada en les seves tres dimensions costera avall, o per exemple en les boles de neu, i fins i tot en els troncs de llenya.
Sumeris miniatura|esquerra|Estendard d'Ur. Commemora una victòria mesopotàmica molt important sobre pobles que consideraven els seus enemics. La lectura de l'estendard s'ha de fer de dreta a esquerra i de baix a dalt, perquè ells escrivien així. A la primera franja de baix es recrea el desenvolupament de la batalla on es veuen els carros de guerra i els enemics vençuts. A la segona franja desfilen els vençuts acompanyats dels vencedors amb els seus millors arreus. Finalment a la part superior, apareix el rei al centre amb els vençuts a un costat i els seus soldats a l'altre.
Molts autors situen la primera aparició vers el 4000 aC en les antigues cultures de Mesopotàmia durant el període sumeri. Aquí, entre el Tigris i Eufrates, han nascut les primeres civilitzacions agrícoles, ramaderes i comercials. Han nascut les ciutats i aquestes han comportat també el desenvolupament de l'ús dels metalls i de la construcció d'habitatges. A més a més, la nova organització social, on els camps de conreu i les ciutats es troben distanciats, ha fet necessària l'existència de mitjans de transports eficients.
És difícil saber com els sumeris van arribar a descobrir la roda. Tanmateix, es coneix que els terrissaires de Sumer, al sud de Mesopotàmia, coneixien el moviment circular: “Els intercanvis comercials amb altres comunitats eren cada vegada més importants per al creixement de les ciutats; calia produir més i millors peces de ceràmica. Aquesta necessitat hauria conduït al descobriment de la tècnica del torn, que efectivament va proporcionar més rapidesa i precisió en l'elaboració dels productes, a més d'una millora de la qualitat decorativa. Hom creu que el torn de terrissaire va ser l'inici d'una veritable revolució tecnològica que va culminar amb el descobriment de la roda primitiva”.Aguilera, Gemma. “Una història rodada”. A revista Sàpiens, número 15. Gener de 2004. miniatura|Imperi Hitita. Els carros tirats per cavalls, com el que reprodueix aquest relleu, aviat van ser utilitzat com a armes de guerra.
La primera roda emprada en un carro de què es té constància data aproximadament del 3500 aC, i va ser trobada a la ciutat d'Ur. El seu disseny és molt simple: les rodes, de forma cilíndrica, eren discs sòlids de fusta massissa i estaven formades per dos o més segments units per grapes de fusta. Les rodes s'inserien en un eix i quedaven fixades per estaques que travessaven els extrems de l'eix. Tanmateix, els historiadors argumenten que la seva invenció ha de ser anterior, probablement plataformes de fusta sota de les quals hi havia troncs cilíndrics per a facilitar el desplaçament, units i enganxats a les banyes dels bous que les arrossegaven.
En qualsevol cas, la revolució dels carros va arribar un mil·lenni després de la roda d'Ur, amb la roda radiada, que apareix en la Cultura Sintashta, corresponent a la Cultura d'Andrónovo, i a Anatòlia i Síria(en anglès) Elena Efimovna Kuzʹmina i J. P. Mallory, The origin of the Indo-Iranians, V.3, p.256 i cap al 2500 aC, els carros es transformaren en plataformes mòbils des de les quals es podien llançar javelines contra l'enemic, i permetien desplaçar els exèrcits de manera més ràpida i unitària. És a dir, van esdevenir armes de guerra.
Antic Egipte miniatura|Un carro de guerra egipci. El carro com a arma de combat van fer que a l'antic Egipte implantés cap a l'any 1500 aC la innovadora roda de sis o vuit radis protegits per una llanta de fusta, amb l'objectiu d'alleugerir i fer més manejables els carros.
Altres civilitzacions Altres aparicions independents se situen en la Xina, pel 2800 aC; i en les cultures asteca i inca en el 1500 dC, encara que aquestes últimes, per falta d'animals de càrrega, mai es va usar més que com una joguina.
Aparentment la roda ha estat desconeguda per altres cultures, com l'Àfrica subsahariana, la Polinèsia, i la ja esmentada Amèrica del Nord i del Sud. Les civilitzacions d'aquestes terres aconseguiren sobreviure i prosperar sense l'ajuda de la roda. Fins a l'edat moderna aquestes terres no van descobrir les aplicacions de la roda per al transport.
Fins i tot al Pròxim Orient, entre els segles i XII dC, les civilitzacions d'aquesta regió i del nord d'Àfrica van abandonar el transport amb vehicles rodats. El seu lloc el van ocupar camells perquè havien valorat que aquests animals eren més ràpids i eficients a l'hora de transportar objectes i persones: un camell pot recórrer més quilòmetres en un temps breu i consumir menys aigua i aliment que els bous que arrossegaven els carretons.
Altres fonts afirmen que va néixer a Eslovènia, on el 2003 es va trobar una roda que té entre 5100 i 5350 anys.March 27, 2003 ejemplar de Ameriška Domovina [American Home]
La roda moderna miniatura|Una roda de bicicleta
A l'Edat Medieval i el Renaixement es produïren perfeccionaments tècnics aplicats a l'enginyeria hidràulica i militar. Amb la Revolució Industrial la roda ocupa un lloc destacat perquè s'empra per a la transmissió motriu. Però, fins a la segona meitat del no es va produir la gran innovació que revolucionà el transport terrestre: l'aparició dels pneumàtics amb càmera d'aire. Cap al 1840, el britànic Charles Goodyear, després d'anys d'investigació, aconseguí obtenir la goma vulcanitzada. Cinc anys després, la va emprar Robert W. Thompson, que, unint l'elasticitat de la goma amb l'aire, feu néixer les llantes. Inicialment només van ser emprades per a bicicletes i tricicles, però aviats esdevingueren imprescindibles per a l'automòbil.
La roda va ser patentada en 2001 per l'advocat australià John Keogh, amb el nom de «dispositiu d'ajuda pel transport circular». L'objectiu d'aquesta patent no era altre que demostrar les imprecisions i ineficàcies del sistema de patents modern.
Mecànica miniatura|Exemple d'aprofitament de l'avantatge mecànic d'una roda amb eix, a la qual se li aplica una força P, que transmet un parell a l'eix, que és capaç d'elevar una càrrega major W Les relacions cinemàtiques i dinàmiques bàsiques que s'estableixen entre els diferents punts de la roda s'obtenen a partir de l'estudi de la mateixa com a sòlid rígid, particularitzant-les segons la geometria particular, les condicions inicials, l'entorn, etc. Es considera roda com a màquina simple quan és suportada per un eix, fix o giratori, que passa pel seu centre. Solen muntar-se com a suport d'un mòbil, com el cos d'un vehicle, cosa que li permet avançar linealment de manera molt eficient. Si l'eix és solidari a la roda, els dos cossos giren a la mateixa velocitat com si fossin el mateix sòlid.
La roda amb eix és una de les sis màquines simples. Aquestes tenen la propietat d'aconseguir un avantatge mecànic, que fa que se multiplique el parell torsor en aplicar una força.
El funcionament de les rodes es basa en l'adherència de la superfície d'aquestes al terreny, la qual cosa permet al vehicle disposar d'un sistema de suport al terreny que minimitza les pèrdues d'energia a les ineficiències pròpies degudes a l'elasticitat de la roda i a les pèrdues de rendiment originades als suports mitjançant coixinets de rodolament. Quan les rodes es fan servir per a moure vehicles per damunt de superfícies és important també la superfície a la qual s'adhereixen, que pot ser un camí o carretera o sobre les vies del ferrocarril gràcies a l'encanalament de la roda.
Geometria de les rodes Les rodes es basen en la geometria del cercle. Dels cercles es tenen els paràmetres:
Diàmetre: és interessant notar que a les rodes sol determinar-se la mida pel diàmetre, ja que es tracta de la màxima distància entre dos punts d'una roda i, per tant, la màxima restricció en termes d'espai.
Perímetre: és la distància recorreguda per una roda en un pla al girar una revolució. D'aquesta manera, la distància recorreguda per a un nombre determinat de revolucions depèn del perímetre que al mateix temps depèn del diàmetre segons la següent expressió:
Que ve d'una expressió més general:
On: és la distància recorreguda és l'angle girat r és el radi de la roda (D=2r)
Moviment circular
miniatura|Representació vectorial de la velocitat lineal i acceleració centrípeta al moviment circular d'un sòlid
El problema de moviment rectilini uniforme és equivalent al del rotacional. Les variables rectilínies distància, velocitat i acceleració són equivalents a les variables angulars: angle, velocitat angular i acceleració angular respectivament. Totes tres, segons s'ha vist a l'apartat de geometria es troben relacionades cinemàticament amb les variables lineals: Angle: Velocitat angular: Acceleració angular:
On, generalitzant per les tres, es té: A l'esquerra de la igualtat la magnitud angular (angle, velocitat angular o acceleració angular) A la dreta de la igualtat es troba la magnitud lineal equivalent (distància, velocitat lineal, acceleració lineal) multiplicada pel radi r
Les tres relacions anteriors són degudes a la geometria de la roda, de la que es desprèn que l'arc de circumferència corresponent a un determinat angle girat és el producte de l'angle expressat en radians pel radi de la circumferència. Això és el cas particular del que s'ha vist abans, ja que al recórrer una revolució d'una roda de radi r, es recorre el perímetre P = 2π r, que correspon a un angle girat de 2π rad per volta.
Finalment, l'acceleració centrípeta per tal de calcular el lligam expressat forma d'acceleració d'un punt situat a la roda que gire amb ella, situat a un determinat radi r és:
On: ac és una acceleració dirigida sempre cap al centre de la roda és la velocitat angular de la roda r és el radi on se situa el punt estudiat
miniatura|Camp de velocitats d'una roda a l'eix que conté el punt de contacte i el centre d'aquesta. Notar que la velocitat és zero al punt de contacte i que creixerà linealment amb el radi: v=ωxr relatiu a terra.