Ngành công nghiệp bánh xe đã trải qua một quá trình phát triển lâu dài và gắn liền với nền văn minh của loài người.
Quá trình hình thành và phát triển của bánh xe
Một bánh xe thời kỳ đầu làm bằng khúc gỗ rắn.
Bánh xe được phát minh vào thế kỷ thứ 4 trước Công nguyên ở khu vực Hạ Lưỡng Hà [Iraq ngày nay], nơi người Sumer cổ đại đã lắp các trục quay vào "chiếc đĩa" bằng gỗ rắn, tạo thành con lăn.
Tuy nhiên, cũng có những ghi chép cho thấy người Elamite mới thực sự phát minh ra bánh xe vì trong các tác phẩm điêu khắc của họ có khắc họa hình ảnh chiếc bánh xe như một "chiếc đĩa" bằng đá hoặc gỗ.
Để di chuyển vật lớn và đi xa, con người cần phải có càng nhiều "chiếc đĩa" như vậy. Sử dụng nhiều và liên tục giúp con người cải tiến sao cho việc sử dụng các khúc gỗ ngày càng hiệu quả hơn.
Nhờ sự phát triển của đồ đồng, đồ sắt, con người có thể đẽo và đục gỗ cho bánh xe tròn hơn, mỏng và dễ lăn hơn. Từ đó sử dụng thanh ngang đặt bên dưới có tác dụng ngăn bánh trượt ra ngoài.
Người ta cũng bắt đầu biết sử dụng hai bánh đi kèm hai thanh ngang, một đặt ở phía trước và một đặt ở phía sau xe, tạo thành xe 4 bánh.
Hình ảnh bánh xe qua các thời kỳ.
Sự đổi mới này đã dẫn đến những tiến bộ lớn trong hai lĩnh vực chính. Một là phương tiện giao thông, khi bánh xe bắt đầu được sử dụng trên xe đẩy và chiến xa.
Quan trọng hơn, nó đã góp phần cơ giới hóa nông nghiệp và các ngành thủ công liên quan, như ứng dụng lực ly tâm để tạo ra cối xay gió.
Mãi đến năm 2000 trước Công nguyên, những "chiếc đĩa" này mới bắt đầu được làm rỗng để tạo một bánh xe nhẹ hơn.
Sau đó, nan hoa được phát minh, giúp bánh xe chỉ cần sử dụng ít vật liệu hơn nhưng vẫn đảm bảo được công năng.
Một bánh xe Ur từ vùng Lưỡng Hà, thế kỷ thứ 4 trước Công nguyên, bao gồm một đĩa gỗ quay trên một trục. Ảnh: Aisa
Các nhà nghiên cứu tin rằng người Ai Cập cổ đại chính là ông tổ của bánh có nan hoa được trang bị cho loại xe ngựa năm 2000 trước Công nguyên.
Bước phát triển tiếp theo là thay nan hoa bằng sắt. Kiểu dáng này được tìm thấy trong những cỗ xe ngựa Celtic năm 1000 trước Công nguyên. Bánh xe có nan hoa vẫn giữ nguyên kiểu dáng như cũ cho đến tận năm 1802 khi G.F Bauer lần đầu tiên giới thiệu nan hoa dây căng.
Sau đó, người ta bắt đầu dùng cao su đặc làm lốp xe để giảm độ xóc, rồi cải tiến thành lốp bơm hơi nhờ công của John Dunlop vào năm 1888.
Không hề có bánh xe trong tự nhiên
Một con bọ hung đang đẩy khối phân hình tròn là hình ảnh dễ liên tưởng đến bánh xe nhất có trong tự nhiên.
Xuyên suốt lịch sử, hầu hết các phát minh của con người được lấy cảm hứng một phần từ thế giới tự nhiên. Thí dụ như ý tưởng cho chiếc chĩa ba và nĩa đến từ những cây gậy đã được chẻ đôi; máy bay từ chim bay...
Thế nhưng bánh xe được xem là một phát minh thực sự đột phá vì nó không dựa trên một cấu trúc có sẵn trong tự nhiên nào cả.
Theo Michael LaBarbera, một giáo sư sinh học kiêm giải phẫu học tại Đại học Chicago, chỉ có duy nhất loài trùng roi và bọ hung là những sinh vật có sử dụng cơ chế lăn như một phương thức để chuyển động.
Bánh xe được phát minh khá muộn
Thuyền được phát minh từ sớm hơn bánh xe.
Mô hình chuyển động của bánh xe là rất đơn giản, và thậm chí cho đến nay, chúng cũng vô cùng quan trọng với đời sống con người.
Điều này khiến chúng ta cho rằng bánh xe ắt hẳn phải được phát minh từ rất sớm, cụ thể là khi con người mới bắt đầu học được cách đứng thẳng.
Tuy nhiên, một số phát minh phức tạp đã có trước bánh xe hàng nghìn năm, như kim khâu, vải dệt, dây thừng, đan giỏ, thuyền và thậm chí cả sáo.
Bánh xe đầu tiên không được sử dụng để di chuyển
Nhiều bằng chứng cho thấy bánh xe được tạo ra đầu tiên để phục vụ cho những thợ gốm ở Mesopotamia vào khoảng 3500 năm trước Công nguyên.
Mãi tới nhiều thế kỷ sau, bánh xe mới được ứng dụng làm xe ngựa để chở đồ.
Bánh xe từng suýt bị thay thế bởi lạc đà
Lạc đà từng thay thế bánh xe như một phương tiện giao thông ở Trung Đông.
Lạc đà từng thay thế bánh xe như một phương tiện giao thông tiêu chuẩn ở Trung Đông và Bắc Phi từ thế kỷ thứ 2 đến thế kỷ thứ 6 sau Công nguyên.
Trong cuốn sách có tên "Lạc đà và bánh xe" của Richard Bulliet xuất bản năm 1975, ông cho rằng bánh xe và các con đường từng bị coi là "lỗi mốt" và dần biến mất sau sự sụp đổ của đế chế La Mã.
Mặc dù từ bỏ bánh xe cho mục đích vận chuyển, các xã hội Trung Đông vẫn tiếp tục sử dụng bánh xe cho các công việc như tưới tiêu, xay xát và làm đồ gốm.
Bánh xe đầu tiên ở Bắc Mỹ được sử dụng làm đồ chơi?
Vào những năm 1940, các nhà khảo cổ học đã khai quật được đồ chơi có gắn bánh xe trong các lớp trầm tích thời tiền Colombia ở Vera Cruz, Mexico.
Điều kỳ lạ là theo lịch sử, người bản địa ở Bắc Mỹ không sử dụng bánh xe để vận chuyển cho đến khi có sự xuất hiện của những người định cư châu Âu.
Xe hơi của Ford từng sử dụng bánh xe bằng gỗ
Một mẫu xe Ford Model T đời đầu sử dụng bánh gỗ. [Ảnh: Ford].
Dòng xe Model T "trứ danh" của hãng Ford vẫn sử dụng loại bánh gỗ và cao su đặc suốt một thời gian dài từ những năm đầu của thế kỷ 20.
Mãi đến năm 1926 và 1927, bánh nan hoa với lốp bơm hơi của Dunlop mới "hất cẳng" được "tiền bối" bánh gỗ, để thay thế trên những chiếc xe này.
Trong khi các mẫu xe trước đó hoặc là vô cùng đắt đỏ, hoặc là không hoạt động một cách đáng tin cậy, thì Model T được coi là dòng xe hơi "giá rẻ" đầu tiên trở nên phổ biến, mang đến phương tiện đi lại cho phần đông tầng lớp trung lưu của Mỹ, và cũng nâng tầm cho công nghệ bánh xe lên một tầng cao mới.
Cập nhật: 05/10/2021
Bánh xe cổ nhất được tìm thấy trong các cuộc khai quật khảo cổ học được phát hiện ở vùng Lưỡng Hà và được cho là đã hơn 5.500 năm tuổi. Tuy nhiên, nó không được sử dụng để vận chuyển mà là bánh xe của thợ gốm. Sự kết hợp giữa bánh xe và trục xe đã tạo ra các hình thức vận chuyển ban đầu , trở nên phức tạp hơn theo thời gian cùng với sự phát triển của các công nghệ khác.
• Bánh xe sớm nhất được sử dụng làm bánh xe của thợ gốm. Chúng được phát minh ở Mesopotamia khoảng 5.500 năm trước.
• Xe cút kít — một loại xe đẩy đơn giản chỉ có một bánh — được phát minh bởi người Hy Lạp cổ đại.
• Mặc dù bánh xe chủ yếu được sử dụng để vận chuyển, chúng cũng được sử dụng để điều hướng, quay sợi, và tạo ra năng lượng gió và thủy điện.
Mặc dù thường được coi là một trong những phát minh sớm nhất, bánh xe thực sự xuất hiện sau khi phát minh ra nông nghiệp, tàu thuyền, vải dệt và đồ gốm. Nó được phát minh vào khoảng 3.500 TCN. Trong quá trình chuyển giao giữa thời kỳ đồ đá mới và thời đại đồ đồng , những chiếc bánh xe sớm nhất được làm bằng gỗ, với một lỗ ở lõi cho trục xe. Bánh xe là duy nhất bởi vì, không giống như những phát minh ban đầu khác của con người như chiếc chĩa ba - được lấy cảm hứng từ những chiếc gậy đã được chẻ - nó không dựa trên bất cứ thứ gì trong tự nhiên.
Bánh xe không giống như điện thoại hay bóng đèn, một phát minh đột phá có thể được ghi nhận cho một [hoặc thậm chí một số] nhà phát minh. Có bằng chứng khảo cổ về bánh xe có niên đại ít nhất 5.500 năm trước, nhưng không ai biết chính xác ai đã phát minh ra chúng. Xe bánh lốp xuất hiện muộn hơn ở nhiều khu vực khác nhau trên khắp Trung Đông và Đông Âu. Việc phát minh ra xe cút kít — xe đẩy một bánh dùng để vận chuyển hàng hoá và nguyên liệu thô — thường được ghi công cho người Hy Lạp cổ đại. Tuy nhiên, bằng chứng trước đó về xe đẩy bánh lốp đã được tìm thấy ở châu Âu và Trung Quốc.
Nồi Bronocice là hình ảnh mô tả sớm nhất về bánh xe và trục xe.Silar / Wikimedia Commons
Chỉ riêng bánh xe, nếu không có bất kỳ sự đổi mới nào, sẽ không thể làm được gì nhiều cho nhân loại. Thay vào đó, chính sự kết hợp giữa bánh xe và trục đã tạo ra các hình thức vận chuyển ban đầu, bao gồm xe ngựa và xe ngựa. Chiếc bình Bronocice, một mảnh gốm được phát hiện ở Ba Lan và có niên đại ít nhất là năm 3370 trước Công nguyên, được cho là mô tả sớm nhất về một chiếc xe có bánh. Bằng chứng cho thấy rằng những chiếc xe ngựa hoặc xe đẩy nhỏ, có thể do gia súc kéo, đã được sử dụng ở Trung Âu vào thời điểm này trong lịch sử loài người.
Những chiếc xe đầu tiên có bánh xe và trục quay cùng nhau. Các chốt gỗ được sử dụng để cố định chiếc xe trượt sao cho khi nó nằm trên các con lăn, nó sẽ không di chuyển. Trục quay vào giữa các chốt, cho phép trục và bánh xe tạo ra tất cả các chuyển động. Sau đó, các chốt được thay thế bằng các lỗ khoét trên khung xe, và trục xe được đặt qua các lỗ. Điều này làm cho bánh xe lớn hơn và trục mỏng hơn cần phải được tách rời. Các bánh xe được gắn vào cả hai bên của trục.
Cuối cùng, trục cố định đã được phát minh, trong đó trục không quay mà được kết nối chắc chắn với khung xe đẩy. Các bánh xe được lắp vào trục theo cách cho phép chúng quay tự do. Các trục cố định được tạo ra cho xe đẩy ổn định có thể rẽ vào các góc tốt hơn. Đến thời điểm này bánh xe có thể được coi là một phát minh hoàn chỉnh.
Sau khi phát minh ra bánh xe, người Sumer đã phát minh ra xe trượt, một thiết bị bao gồm một đế phẳng gắn trên một cặp đường chạy với các đầu cong. Xe trượt rất hữu ích để vận chuyển hàng hóa trên địa hình trơn; tuy nhiên, người Sumer nhanh chóng nhận ra rằng thiết bị này sẽ hiệu quả hơn một khi nó được gắn trên các con lăn.
Nhiếp ảnh nghệ thuật thị giác / Hình ảnh Getty
Trong khi chức năng cơ bản của bánh xe không thay đổi, bánh xe hiện đại khác nhiều so với bánh xe bằng gỗ đơn giản trước đây. Những đổi mới trong khoa học vật liệu đã giúp tất cả các loại lốp xe đạp, ô tô, xe máy và xe tải trở nên khả thi — kể cả lốp được thiết kế cho địa hình gồ ghề, băng và tuyết.
Trong khi chủ yếu được sử dụng để vận chuyển, bánh xe còn có các ứng dụng khác. Ví dụ, cối xay nước sử dụng guồng nước — các cấu trúc lớn với một loạt các cánh dọc theo vành — để tạo ra thủy điện. Trong quá khứ, các nhà máy nước cung cấp năng lượng cho các nhà máy dệt, máy cưa và cối xay. Ngày nay, các cấu trúc tương tự được gọi là tuabin được sử dụng để tạo ra năng lượng gió và thủy điện.
Bánh xe quay là một ví dụ khác về cách sử dụng bánh xe. Thiết bị này, được phát minh ở Ấn Độ hơn 2.500 năm trước, được sử dụng để kéo sợi từ các loại sợi tự nhiên như bông, lanh và len. Bánh xe quay cuối cùng đã được thay thế bằng máy quay và khung quay, các thiết bị phức tạp hơn cũng kết hợp bánh xe.
Con quay hồi chuyển là một công cụ điều hướng bao gồm một bánh xe quay và một cặp gimbal. Các phiên bản hiện đại của công cụ này được sử dụng trong la bàn và gia tốc kế.