13 de julho de 2019 & centerdot; 11 min de leitura

A bicicleta, como a conhecemos hoje, não foi inventada até o final do século XIX. No entanto, foi uma invenção mecânica simples. Pareceria não exigir nenhum insight inventivo brilhante e certamente nenhum conhecimento científico.

Por que, então, ele não foi inventado muito antes?

Eu fiz essa pergunta no Twitter e leia alguma discussão no Quora. As pessoas propuseram muitas hipóteses, incluindo:

  • Fatores de tecnologia. A metalurgia melhorou muito nos anos 1800: obtivemos refino de ferro aprimorado e, eventualmente, aço barato, processos melhores para moldar metal e capacidade de fazer peças como tubos ocos. A tecnologia das rodas melhorou: as rodas com raios de arame (também conhecidas como raios de tensão) substituíram os designs mais pesados; borracha vulcanizada (1839) era necessária para pneus; pneus infláveis não foram inventados até 1887. Correntes, engrenagens e rolamentos de esferas são peças cruciais que requerem técnicas de fabricação avançadas para precisão e custo.

  • Iteração de projeto. As primeiras bicicletas eram inconvenientes e perigosas. A primeira versão nem tinha pedais. Algumas versões não tinham direção e só podiam ser viradas inclinando-se. (!) O famoso design “penny-farthing”, com sua enorme roda dianteira, tornava impossível o equilíbrio com os pés, era propenso a tombar para a frente em uma parada brusca e geralmente deixava o piloto no ar, tudo isso aumento do risco de lesões. Demorou décadas de iteração para chegar a um modelo de bicicleta bem-sucedido.

  • Qualidade das estradas. As estradas nos anos 1800 e anteriores eram terríveis para os padrões modernos. As estradas eram frequentemente terra, sulcada pela passagem de muitas carroças, que ficava lamacenta com a chuva. A pavimentação de macadame, que proporcionava superfícies lisas às estradas, só foi inventada por volta de 1820. As estradas da cidade na época eram pavimentadas com paralelepípedos, que eram bons para cavalos mas muito acidentado para bicicletas. (O desnível era aparentemente uma característica, ajudando no escoamento do esgoto – levando uma resposta do Quora a alegar que a construção de esgotos da cidade foi o que abriu as portas para as bicicletas.)

  • Competição de cavalos. Os cavalos eram um meio de transporte comum e aceito na época. Eles poderia lidar com todos os tipos de estradas. Eles podiam carregar cargas pesadas. Quem então precisa de uma bicicleta? Nesse sentido, foi alegado que a bicicleta foi inventada em resposta à escassez de alimentos devido ao “Ano sem verão”, um evento climático de 1816 causado pela explosão vulcânica do Monte Tambora no ano anterior, que escureceu os céus e baixou temperaturas em muitas partes do mundo. A crise agrícola fez com que tanto os cavalos como as pessoas morressem de fome, o que fez com que alguns cavalos fossem abatidos para alimentação e tornou os restantes mais caros para alimentar. Isto pode ter motivado a procura de alternativas.

  • Crescimento econômico geral. Vários comentaristas apontaram a necessidade de uma classe média fornecer demanda para tal invenção. Se tudo o que você tem são muitos camponeses pobres e alguns aristocratas ( que, por falar nisso, têm cavalos, carruagens e motoristas), não há muito mercado para bicicletas. Isso é mais plausível quando você percebe que as bicicletas eram mais um passatempo de entretenimento antes de se tornarem um meio de transporte prático .

  • Fatores culturais. Talvez tenha havido apenas um desinteresse geral por invenções mecânicas úteis até certo ponto da história? Mas quando isso mudou e por quê?

Todas essas são boas hipóteses. Mas alguns deles começam a ceder sob pressão:

A qualidade das estradas é relevante, mas não é realmente a resposta. As bicicletas podem ser pedaladas em estradas de terra ou calçadas (embora esta última tenha gerado atritos com pedestres e tornado as bicicletas impopulares entre o público a princípio). E, historicamente, as estradas não melhoraram até depois que as bicicletas se tornaram comuns – na verdade, parece que foram em parte os ciclistas que pediram a melhoria das estradas.

Eu não acho que os cavalos explicam isso também. Uma bicicleta, pelo que li, era mais barata de comprar do que um cavalo, e certamente era mais barata de manter (pelo menos, você não precisa alimentar uma bicicleta). E descobriu-se que os inventores estavam interessados no problema dos veículos movidos a energia humana, dispensando a necessidade de cavalos, muito antes da bicicleta moderna. Até Karl von Drais, que inventou o primeiro veículo de duas rodas com tração humana depois do Ano sem Verão, já havia trabalhado no problema anos antes.

Os fatores de tecnologia são mais convincentes para mim. Eles podem ter sido necessários para que as bicicletas se tornassem práticas e baratas o suficiente para decolar. Mas eles não eram necessários para a experimentação inicial. As molduras podem ser feitas de madeira. As rodas podem ser bordadas com metal. As engrenagens podem ser omitidas. As correntes podem ser substituídas por correias; alguns projetos anteriores até usavam pedais em vez de pedais, e pelo menos um projeto movia as rodas com alavancas, como em uma locomotiva a vapor.

Qual é a verdadeira explicação?

Para entender isso, investiguei a história da bicicleta.

O conceito de veículo movido a energia humana remonta a muitos séculos . A primeira referência que encontrei é ao engenheiro veneziano Giovanni Fontana, que no início de 1400 descreveu uma carruagem de quatro rodas movida por um motorista que puxava um laço de corda conectado por engrenagens às rodas (não está claro se ele alguma vez tentou construir tal máquina; Fontana desenhou muitas coisas estranhas).

Giovanni Fontana “s self- carruagem motriz

Outro conceito inicial foi descrito no livro Bicicleta de David V. Herlihy:

Mais de três séculos atrás, o ilustre matemático francês Jacques Ozanam expôs as vantagens teóricas de uma carruagem movida a energia humana “na qual se pode dirigir aonde quiser, sem cavalos”. Seu dono pode vagar livremente pelas estradas sem ter que cuidar de um animal e pode até desfrutar de um exercício saudável no processo. Além disso, este tipo particular de veículo “automovível”, em contraste com aqueles que exigiam vento ou vapor para propulsão, funcionaria com o mais abundante e acessível de todos os recursos: força de vontade. Mas como construir um veículo tão valioso? foi o vigésimo terceiro de cerca de cinquenta problemas “úteis e divertidos” que Ozanam identificou e abordou em seu famoso Récréations Mathématiques et Physiques, publicado em 1696.

O de Ozanam O livro apresentou uma solução proposta por outro inventor: outro carro de quatro rodas, conduzido por duas pessoas (uma para dirigir, uma para mover o veículo subindo e descendo em grandes pedais conectados às rodas por cordas, polias e engrenagens).

Carruagem de tração humana nas bibliotecas da Récréations Mathématiques Columbia University

Parece que por séculos, a carruagem foi o modelo para veículos movidos a energia humana. Vários inventores tentaram seus projetos e alguns foram até construídos. Há um registro em um jornal de Londres de uma tentativa em 1774 que subiu a seis milhas por hora. O inventor francês Jean-Pierre Blanchard (que mais tarde viria a se tornar famoso no balonismo) construiu uma carruagem movida a energia humana que percorria dezenas de quilômetros de Paris a Versalhes. Um mecânico americano chamado Bolton construiu uma versão em 1804 que usava alavancagem mecânica de engrenagens interligadas. Presumivelmente, todas essas tentativas não deram em nada porque as máquinas eram muito grandes e pesadas para serem práticas.

O insight principal foi parar de tentar construir uma carruagem mecânica e, em vez disso, construir algo mais parecido com um cavalo mecânico. Este passo foi dado pelo citado Karl von Drais no início do século XIX. Drais era um aristocrata; ele ocupou um cargo de mestre florestal em Baden, o que teria lhe dado tempo livre para mexer. Suas primeiras tentativas, começando em 1813, foram carruagens de quatro rodas como seus predecessores, e como eles não conseguiram obter o apoio das autoridades.

Mas em 1817 (possivelmente motivado pela crise alimentar mencionada e a resultante escassez de cavalos, embora isso não esteja claro), ele tentou novamente com um novo design: um veículo de duas rodas para uma pessoa que é um ancestral reconhecível da bicicleta moderna. Era feito de madeira, com pneus de ferro. Ele o chamou de Laufmaschine, ou “máquina de corrida”; não tinha pedais e, em vez disso, era acionado empurrando-se diretamente do chão com os pés. Também era chamado de “velocípede” (do latim significa “pé veloz”) ou a “draisine” (inglês) ou “draisienne” (francês) em homenagem ao seu inventor; uma versão aprimorada feita por um cocheiro londrino era conhecida na Inglaterra como “carruagem pedestre”.

Draisine c. 1820, Museu Kurpfälzisches, Heidelberg Wikimedia Commons (CC BY-SA 3.0)
New-York Tribune, setembro de 1894 Flickr / Karin Dalziel (CC BY-NC 2.0)

Sem pedais ou engrenagens, esta proto-bicicleta não alcançava a velocidade ou eficiência dos designs modernos. Mas, como as scooters ainda usadas pelas crianças hoje, permitia que você desça, especialmente em declives, e segurava seu peso enquanto você avançava. Drais conseguiu até 12 milhas por hora em sua máquina. Tornou-se uma moda passageira na Europa em 1818-19, depois desapareceu.Parece que as razões foram uma combinação do potencial de lesões e do aborrecimento geral do público por essas coisas estarem sendo dirigidas por áreas de pedestres, como calçadas e parques (algumas coisas nunca mudam; estamos repetindo isso hoje com as guerras de scooters em São Francisco e outras cidades).

O próximo avanço importante não veio até décadas depois, quando alguém colocou os pedais na bicicleta. Existem afirmações conflitantes sobre o primeiro inventor (que remonta a 1839), mas isso foi definitivamente feito na década de 1860 na França. Em todo caso, foi na década de 1860 que o desenvolvimento das bicicletas realmente decolou. Os pedais permitiam ao piloto impulsionar a máquina com mais rapidez e eficiência. Este modelo foi fabricado na França, primeiro com molduras de madeira, depois com ferro, e ficou conhecido como o “boneshaker” (o que dá uma ideia de como o passeio ainda era difícil).

Michaux” boneshaker ”, 1870 Wikimedia / Classic Motorcycle Archive (CC BY-SA 3.0)
” The American Velocipede “, gravura em madeira de Theodore Davis, Harper” s Weekly, Dezembro de 1868

Nesse ponto, porém, ainda não havia engrenagens ou correntes. Os pedais foram presos diretamente à roda dianteira. Isso deu ao piloto pouca vantagem mecânica: é o mesmo que um fixie com uma relação de transmissão de 1: 1 (em comparação com as relações mais comumente usadas hoje, que estão próximas de 3: 1). Pense em como é pedalar uma bicicleta que está com uma marcha muito baixa: você bombeia muito as pernas sem ir muito rápido.

A única solução foi tornar a roda maior, levando por volta de 1870 ao design ridículo de “centavo” ou “roda alta” com a enorme roda dianteira, que você provavelmente já viu e pode estar associado ao final do século XIX. Por volta dessa época, as bicicletas estavam sendo feitas com estrutura de metal, rodas com raios de arame e pneus de borracha maciça (ainda não infláveis). Este projeto proporcionou um passeio mais rápido e mais suave, já que a roda grande absorveu melhor os choques. Mas era necessário um equilíbrio acrobático para cavalgar e, conforme observado acima, era propenso a derrames e lesões desagradáveis, incluindo “dar uma cabeçada” se você parasse de repente.

Bicicleta de um centavo Flickr / calitexican (CC BY-NC-SA 2.0)

O terceiro e o avanço chave final, então, foi separar os pedais da roda. Variações sobre esta “bicicleta de segurança”, incluindo pelo menos uma movida por pedal e alavancas, foram tentadas a partir da década de 1870, senão antes. O primeiro modelo comercialmente bem-sucedido, usando o conhecido desenho da manivela e da corrente, foi produzido em 1885 por John Starley. Finalmente, em 1888, os pneus infláveis (pneumáticos) foram introduzidos por John Dunlop, amortecendo o passeio e eliminando a última vantagem do penny-fart.

Assim, no final da década de 1880, as bicicletas haviam evoluído para a forma que os conhecemos hoje, com rodas (aproximadamente) de tamanhos iguais, pedais, correntes, estruturas de metal, rodas com raios de arame e pneus infláveis de borracha.

Então, o que podemos concluir?

Primeiro, o correto o design não era óbvio. Durante séculos, o progresso foi paralisado porque os inventores estavam tentando criar carruagens de quatro rodas para várias pessoas, em vez de veículos de duas rodas para uma pessoa. Não está claro por que isso foi; certamente os inventores estavam copiando um meio de transporte existente, mas por que se inspirariam apenas no cavalo e na carruagem, e não no cavalo e no cavaleiro? (Alguns comentaristas sugeriram que não era óbvio que um veículo de duas rodas se equilibrasse, mas não acho isso convincente, dada a quantidade de outras coisas em que as pessoas aprenderam a se equilibrar, de canoas a cavalos.) É possível (estou puramente especulando aqui) que os primeiros inventores mecânicos tiveram mais dificuldade em perceber a impraticabilidade fundamental do projeto do carro porque eles não tinham muitos princípios de engenharia matemática para seguir, mas, novamente, não está claro o que levou à descoberta de Drais.

E mesmo depois que Drais descobriu o design de duas rodas, foram necessárias várias iterações, que aconteceram ao longo de décadas, para chegar a um design que fosse eficiente, confortável e seguro.

Modelos “velocípedes” anteriores, de uma enciclopédia alemã de 1887. Muitos designs foram testados no Wikimedia Commons

Em segundo lugar, os avanços em materiais e fabricação eram probab necessário para uma bicicleta de sucesso comercial.É um pouco difícil, de onde estou, desvendar quais avanços no design foram possibilitados por novos materiais e técnicas e que foram simplesmente faíscas de imaginação inventiva que não tinham sido concebidas ou desenvolvidas antes. Mas o fato de que as pessoas estavam dispostas a tolerar o projeto precário de rodas altas indica para mim que os pneus pneumáticos eram cruciais. E é plausível para mim que metalurgia avançada fosse necessária para fazer correntes e engrenagens pequenas e leves de alta e consistente qualidade, a um preço aceitável – e que nenhum outro projeto, como uma correia ou alavanca, teria funcionado em vez disso. Também é plausível para mim que as armações de madeira não eram leves e fortes o suficiente para serem práticas (eu certamente não estaria ansioso para andar de bicicleta de madeira hoje).

Mas podemos ir mais fundo e perguntar as questões que inspiraram meu intenso interesse por esta questão em primeiro lugar. Por que ninguém fazia experiências com veículos de duas rodas até 1800? E por que ninguém, até onde sabemos, mesmo considerando a questão dos veículos movidos a energia humana até 1400? Por que não existiam mecânicos de bicicletas no século 13, quando havia relojoeiros, ou pelo menos por volta do ano 1500, quando tínhamos relógios? Ou entre os antigos romanos, que construíram moinhos de água e colheitadeiras? Ou os gregos, que construíram o mecanismo de Antikythera? Mesmo se eles não tivessem pneus e correntes, por que essas sociedades não estavam pelo menos experimentando com draisinas? Ou mesmo os projetos de carruagem com falha?

Para começar a responder a isso, temos que perceber que é parte de um fenômeno muito mais amplo. Fiz a mesma pergunta para o descaroçador de algodão, que ao contrário da bicicleta não requer materiais avançados: é uma caixa de madeira, uma tela de arame e um tambor com dentes de arame; na verdade, era tão simples que, uma vez que o conceito foi lançado, os proprietários de plantações faziam cópias piratas à mão (privando Eli Whitney da maior parte de seus royalties de patentes). A mesma pergunta pode ser feita a todas as invenções-chave da mecanização têxtil; Anton Howes, um historiador econômico que colaborou no tópico do Twitter linkado acima, comentou sobre o ônibus espacial de John Kay:

A inovação de Kay foi extraordinária em sua simplicidade . Como disse o inventor Bennet Woodcroft, a tecelagem com uma lançadeira comum tinha sido “realizada por mais de cinco mil anos, por milhões de operários qualificados, sem nenhuma melhoria sendo feita para agilizar a operação, até o ano de 1733”. Tudo o que Kay acrescentou foi um pouco de madeira e alguns fios. E aplicou-os à tecelagem de lã, que tinha sido a principal indústria da Inglaterra desde a Idade Média. Ele não tinha nenhuma habilidade especial, não exigia nenhum conhecimento especial da ciência para isso e não enfrentava nenhum incentivo especial para fazê-lo . Quanto às instituições, a lançadeira era tecnicamente ilegal porque economizava mão-de-obra, a patente foi imediatamente pirateada por concorrentes sem sucesso e Kay foi forçado a se mudar para a França, expulso do país por furiosos tecelões que ameaçaram sua propriedade e até sua vida. Kay não enfrentou incentivos especiais – ele até inovou, apesar de algumas barreiras sociais e legais formidáveis.

Há também outras histórias em que uma tentativa inicial de inventar Isso foi demonstrado, a ideia não encontrou apoios se já não fosse totalmente viável, e então o desenvolvimento foi abandonado por décadas. Os primeiros experimentos fracassados de Richard Trevithick com locomotivas vêm à mente.

À luz disso, acho que a explicação mais profunda está nos fatores econômicos e culturais gerais. Em relação aos fatores econômicos, parece que deve haver um certo nível de excedente para apoiar o esforço de pesquisa e desenvolvimento em toda a cultura que cria invenções. Observe que Karl von Drais era um barão que aparentemente tinha um emprego confortável e inventava nas horas vagas. Isso é comum para os pesquisadores daquela época: eles eram frequentemente aristocratas ou ricos de outra forma (e aqueles que não tiveram que lutar pelo apoio de patrocinadores ricos). Hoje temos laboratórios de pesquisa em universidades e empresas, além de capitalistas de risco para financiar o desenvolvimento de novos produtos e serviços. No momento em que fica claro que um certo tipo de inovação pode ser possível, existem várias equipes financiadas e se esforçando para trazê-lo ao mercado. Não há mais lacunas de várias décadas no cronograma de inovação, ou pelo menos muito menos.

Olhando para os fatores econômicos do lado da demanda, o excedente também parece criar mercados para novos produtos. Talvez o PIB per capita precise atingir um determinado ponto antes que as pessoas tenham tempo, atenção e energia para pensar em novas invenções que não estão literalmente colocando comida na mesa, um teto sobre sua cabeça ou uma camisa nas costas.

Finalmente, existem fatores culturais. Howes diz que “a inovação não está na natureza humana, mas é recebida. … quando as pessoas não inovam, geralmente é simplesmente porque nunca lhes ocorre fazer isso.”Joel Mokyr diz, da mesma forma, que” o progresso não é natural “(e seu livro sobre o assunto, A Culture of Growth, ajudou a inspirar este blog). Concordo com os dois.

Elucidando totalmente esses aspectos econômicos e fatores culturais é um grande projeto futuro deste blog.

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