바퀴의 역사

지상에서 사용하는 이동 수단에는 거의 대부분 원형의 바퀴가 달려 있다. 둥근 바퀴가 발명되기 이전에는 끌거나 들어 물건을 옮기거나 물체의 바닥에 굴림대를 두어 이동시켰습니다. 어쩌면 진흙 바닥을 만들어 마찰력을 줄이고자 했을지도 모르겠습니다. 또는 옮기기 어려운 무거운 물건은 겨울이 되어 눈이 오거나 바닥이 얼기를 기다렸다가 그 위로 옮겼을 수도 있겠습니다. 이러한 방식들은 지금 널리 사용되는 바퀴에 비하면 마찰력이나 번거로움이 이만저만 크지 않습니다.

이제 바퀴가 언제 만들어지고 어떻게 발전해왔는지 살펴보겠습니다.

1. 바퀴란?

돌리거나 굴리기 위해 둥근 테 모양으로 만든 물건으로 사전에서 정의하고 있는데 흔히 우리가 인식하는 바퀴는 여기에 하나의 조건이 더 있습니다. 바로 회전축이 있다는 것입니다. 다시 정의하면 회전축을 중심으로 돌리거나 굴리기 위해 둥근 테 모양으로 만든 물건을 바퀴라 합니다. 이 정의에 따르면 베어링 같은 것도 바퀴가 되는데 여기서 다루고자 하는 것은 운반이나 이동을 목적으로 하는 것에 한정합니다. 그렇게 되면 베어링은 바퀴의 부속품이 되겠죠.

2. 바퀴의 발명

썰매와 굴림대의 결합으로 바퀴가 발명된 것으로 보고 있습니다.

3. 바퀴의 진화

3-1. 기원전 3500년 – 메소포타미아 문명의 수메르인의 유적에 최초 등장

아래의 사진에서 왼쪽과 같은 형태입니다. 바퀴 중심에 구멍을 뚫어 축을 고정한 것이 아니라 통나무로 축까지 깎은 형태입니다. 원형에 가까운 나무가 없었는지 타원형입니다. 이것만으로도 기존의 방식에 비하면 힘을 훨씬 덜 들이게 되었을 것이라고 생각되죠. 이후 바퀴의 가운데에 구멍을 뚫어 축을 연결하는 방식이 나오게 됩니다. 이런 형태의 단점은 원형의 통나무가 있어야만 한다는 것과 수명이 짧다는 것이었을 겁니다. 이를 보완하기 위해 아래 그림의 가장 오른쪽 형태의 바퀴가 등장합니다. 원형의 통나무가 없어도 되고 깨지면 수리가 가능한 구조로 만들어집니다.

http://www.kfz-tech.de/Biblio/Raeder/Raeder.htm

<기원전 2500년, 수메르인의 전차>

3-2. 기원전 2000년경 – 시리아 북부 히타이트 족에 의해 바퀴살 바퀴 등장

정확하게 바퀴살이 있는 바퀴가 등장한 것이 기원전 2000년이라 볼 수는 없습니다. 히타이트인들이 나라를 세운 것이 이 때쯤이고 전성기는 기원전 1500년경이므로 이 사이의 시기에 바퀴살이 있는 바퀴가 발명되었다고 보는 것이 타당할 것입니다. 메소포타미아 문명의 나라 중에 철기 문명이 가장 일찍 발달했다고 합니다. 바퀴살 바퀴의 장점은 무게가 가볍다는 것입니다.

3-3 바퀴살 바퀴 등장 이후

바퀴살 바퀴의 등장 이후 이를 기반으로 하여 재질이 나무에서 금속으로 바뀌고(기원전 1000년), 바퀴 테두리에 금속판이나 나무판을 대어 수명을 늘리고, 축에 베어링을 채용하고, 테두리를 공기를 채운 타이어로 변화되는(1845년,  R.W. Thompson. 1888년 튜브 채용, John Dunlop) 식으로 발전되지만 형태는 현재까지 크게 바뀌지 않고 있습니다. 바퀴살이 힘을 받는 방향이 바뀌어 발전한 부분도 있습니다(1802년, G.F. Bauer, Wire Tension Spoke). 자전거 바퀴가 대표적입니다. 이전의 바퀴살은 눌리는 힘을 지탱하는 역할을 했는데 Wire Tension Spoke는 늘어나는 힘을 버티는 방식으로 부하를 견디는 방향이 반대입니다.

1794년 에는 P.Vaughan이 최초로 레디알 볼베어링을 발명하여 영국 특허 취득했다고 합니다. 이 방식이 자전거 바퀴에 언제 채용되었는지는 찾지 못했습니다. 베어링의 구조가 처음 나타난 것은 기원전 300년까지 거슬러 올라갑니다.

3-4 현대의 바퀴

아래는 자동차에 쓰이는 바퀴이고 자전거 바퀴는 따로 다루겠습니다. 자동차에 쓰이는 바퀴라 자세한 설명은 생략합니다.