¿Por qué la mayoría de las sillas de oficina tienen 5 ruedas?

Question

(Inspirado por ¿Por qué son tan comunes las sillas de cuatro patas? )

Hace tiempo que me pregunto... ¿Por qué la mayoría de las sillas de oficina con ruedas tienen 5 ruedas?

Mi opinión es que, mientras que la estabilidad frente a la simplicidad se traduce en 4 patas, si se añade la movilidad a la ecuación, puede que se necesiten 5 ruedas.

Edición: Esta pregunta es sobre un móvil silla

Answer 1

Consolidar algunos de los puntos de las respuestas a la pregunta que enlazaste, y los comentarios:

Cuando se construye una silla, 4 patas es fácil cuando se utiliza la construcción tradicional (de madera) - ángulos de 90 grados, y fácil de hacer apilable. Es un poco más difícil que las tres patas porque hay que asegurarse de que todas tengan la misma longitud (o la silla se tambalea).

Una vez que se tiene una "silla de oficina" con un poste central hidráulico, el argumento de la construcción desaparece. Eso nos deja mayor libertad para elegir el número de patas. Las consideraciones son:

• más patas = más material = más caro, más pesado (cuantificado a continuación)
• más piernas = la estabilidad del vuelco es más uniforme en todas las direcciones
• más patas = mejor distribución de la carga: las ruedas no se hunden tanto en la moqueta
• Número impar = mayor estabilidad frente al bamboleo (ver más abajo)

Todo diseño de ingeniería es una cuestión de compensaciones; en este caso, creo que el primer punto aboga por menos patas, y el segundo / tercer punto por más patas. La cuestión es entonces: ¿cuál es el valor y el coste adicionales de una pata más? A continuación, calculo el coste de añadir más patas para obtener la misma estabilidad y el mismo coste.

Pero hay otro factor importante (me quito el sombrero ante mi hija por este concepto): cuando el suelo es irregular, una silla no se sostendrá con todas sus patas: se "tambaleará". Ahora bien, si tiene cuatro patas, este bamboleo se producirá a lo largo de una de las diagonales del cuadrado, y esta línea estará por debajo (o muy cerca) del centro de gravedad. Esto hace que la energía necesaria para ir de un lado a otro sea muy pequeña. Cuando tienes cinco patas, el centro de gravedad está siempre desplazado respecto a la línea de apoyo. Así que cinco patas proporcionan una mayor estabilidad en un suelo irregular. A medida que añades más patas, la "diagonal de apoyo" se acerca al centro. Incluso los polígonos regulares numerados siempre tienen la posibilidad de que la línea de apoyo pase por el centro, lo que los convierte en la peor opción (por cierto, esto demuestra que una disposición trapezoidal de cuatro patas es ligeramente mejor que un cuadrado... a veces lo verás, y ahora sabes por qué).

Todo ello hace que cinco sean el número óptimo de patas: buena estabilidad en todas las direcciones. Tenga en cuenta que, desde el punto de vista de la construcción, sólo tiene sentido dotar a una silla de cinco patas cuando se empieza con un poste central (de metal o de plástico); la construcción más antigua (con patas de madera cuadradas) hace que cuatro sea un número más sensato, como se indica en la otra respuesta. Una vez que se desea que la silla tenga un ajuste vertical, un solo poste central tiene sentido - y entonces usted tiene la flexibilidad de elegir el número de patas.

Por último, una referencia de un gran proveedor de mobiliario de oficina :

Los Institutos Nacionales de Salud recomiendan una base de silla de cinco puntos para lograr la máxima estabilidad y minimizar la posibilidad de que la silla se vuelque.

De hecho, Tom Reardon, director ejecutivo de la Asociación de Fabricantes de Mobiliario Empresarial e Institucional, afirma que los fabricantes de muebles dejaron de fabricar sillas con bases de cuatro puntos en la década de 1980 porque no se consideraban tan seguras como las de cinco puntos.

ACTUALIZACIÓN

He pensado más en el problema de la optimización, y creo que puedo explicar que cinco patas es lo mejor.

Supongamos que la silla tiene que soportar un peso constante $W$ y que queremos una estabilidad constante. La estabilidad está determinada por la "distancia de vuelco" más corta $D$ . Para una distancia radial $R$ , una silla con $n$ piernas tiene

$$D = R \cos\frac{\pi}{n}$$

Así que podemos definir un "factor de estabilidad" $S=\frac{1}{R\cos\frac{\pi}{n}}$

Por lo tanto, para la constante $S$ obtenemos $$R\propto \frac{1}{\cos\frac{\pi}{n}} \tag1$$

A continuación, observamos la tensión en cada pierna. La tensión será mayor cuando el par de vuelco $\Gamma$ está directamente en línea con una sola pierna. En ese punto,

$$\Gamma = W\cdot R$$

Ahora queremos calcular la forma (sección) de la pierna que puede soportar este par. La tensión máxima $\sigma$ para una viga rectangular de anchura $w$ y la altura $h$ es proporcional a $wh^2$ y la masa del tramo de longitud $R$ es $whR\rho$ si asumimos una relación de aspecto constante $\frac{w}{h}$ entonces la masa es proporcional al área por la longitud:

$$m \propto h^2 R \tag2$$

donde el primer término es una función de la fuerza y el segundo una función de la estabilidad.

Del mismo modo, para un par determinado $W\cdot R$ podemos escribir la tensión de flexión como

$$\sigma = \frac{My}{I}$$

donde $M$ es el esfuerzo de flexión, $y$ es la distancia perpendicular al eje neutro, y $I_x$ es el segundo momento del área alrededor del eje neutro $x$ . Para una sección rectangular, $y \propto h^4$ .

Para la constante $\sigma$ el máximo se producirá en el borde exterior de la viga, donde $y=\frac{h}{2}$ , lo que lleva a

$$h^3 \propto W\cdot R$$

Para un peso determinado $W$ se deduce que

$$h\propto R^{1/3} \tag3$$

Sustituyendo $(3)$ en $(2)$ obtenemos

$$m \propto R^{5/3}$$

Para una fuerza de rotura constante, obtenemos la masa total de $n$ piernas:

$$M = n\cdot m \propto n R^{5/3}$$

Para una estabilidad constante, utilizamos $(1)$ para obtener

$$M \propto \frac{n}{\cos^{\frac53}\frac{\pi}{n}}$$

Podemos evaluar esto para n entre 3 y 7, y obtener $M$ en función del número de patas:

n=3: 9.524
n=4: 7.127
n=5: 7.118  <--- lowest value
n=6: 7.625
n=7: 8.329

Esto demuestra que, efectivamente, la estructura con cinco patas necesita la menor masa para soportar una determinada torsión; si podemos equiparar "masa" con "coste", y la estabilidad es realmente el principal factor, esto demuestra que una silla con cinco patas es óptima.

Answer 2

La diferencia entre las 5 ruedas/soportes de una silla de oficina y las 4 patas de una silla normal es que en esta última toda la carga va hacia abajo. Las patas sólo tienen que ser lo suficientemente fuertes como para no romperse. De hecho, una silla podría fácilmente salir adelante con 3 patas si no fuera por la estabilidad. En cambio, las patas de las sillas de oficina soportan una carga perpendicular a su orientación. Tienen que ser lo suficientemente fuertes como para no romperse. Por lo tanto, necesitan más apoyos para soportar la carga desde arriba.

Otra razón para tener 5 patas en lugar de 4 es que las ruedas no están en una posición fija con respecto a la silla. Esto significa que si sólo hubiera 4 ruedas, el eje de inclinación podría estar en cualquier lugar, por lo que una persona sentada podría inclinarse en una dirección y volcarse sin darse cuenta. En una silla de 4 patas, el usuario puede inclinarse en diagonal y no preocuparse por el vuelco. Dado que las sillas de oficina no pueden conferir la certeza de dónde está el eje de vuelco, tiene sentido hacerla menos capaz de volcar.

Answer 3

Estoy bastante seguro de que si se comprueba la normativa de la OSHA (la Administración de Seguridad y Salud Ocupacional de los Estados Unidos) para las sillas que se encuentra en https://healthfully.com/osha-regulations-workplace-chairs-5916239.html encontrará la respuesta definitiva a esta pregunta.

Además de las especificaciones relativas al respaldo, el asiento y los reposabrazos, también tienen normas sobre...

Base

Su silla de trabajo debe tener una base fuerte de cinco patas con ruedas adecuadas para el tipo de suelo de su puesto de trabajo. Las sillas de trabajo con cuatro o menos patas pueden dar un soporte insuficiente. Las sillas que no tienen ruedas pueden dificultar la colocación de la silla cerca del escritorio. Esto podría aumentar la necesidad de agacharse o estirarse para acceder a los componentes de su puesto de trabajo, lo que provocaría fatiga y tensión muscular.

Answer 4

No conozco la historia, sólo estoy especulando. La silla de la foto tiene características que no se encuentran en una silla típica de 4 puntos: Tiene ruedas, tiene un asiento giratorio, y tiene un respaldo reclinable. Todo esto hace que la silla sea más propensa a volcarse sin previo aviso. Supongamos que usted hace rodar la silla hacia adelante para que todas las ruedas giren hacia atrás, y luego se inclina hacia atrás. En el momento en que se inclina sobre las dos ruedas más traseras, la base girará hacia la orientación menos estable, y las ruedas girarán para formar un círculo más pequeño. En una silla de 4 puntos, la base puede girar de diamante a cuadrado, y las ruedas giran para hacer el cuadrado más pequeño, sin previo aviso. Una silla rígida de 4 puntos es muy predecible y, sin embargo, todos la hemos volcado. Si le añadimos el giro y las ruedas, la silla se convierte en un asesino imprevisible. Para compensar, hay que aumentar el círculo de la base y/o aumentar el número de ruedas.