День железнодорожника еще очень нескоро, а мне назрело рассказать тебе про поезда. Точнее про их колеса. Так-то.
Всё это достаточно неожиданно, потому что очевидный вопрос при ближайшем рассмотрении вдруг оказывается не таким простым.
Но ближе к делу. То, о чем мы сегодня будем говорить касается поведения колес поезда при его повороте. Казалось бы, что тут непонятного: поезд едет по рельсам. Если рельсы поворачивают, куда ему деваться – он тоже повернет! На самом деле, оказывается, тут есть нюансы. Их и рассмотрим.
Дело вот в чем, при повороте любой тележки ее колеса, находящиеся на одной оси, пройдут разные расстояния. Если ты посмотришь на рисунок 1, то явно увидишь, что речь идет о внутреннем и внешнем радиусе поворота. Любой велосипедист знает эту прописную истину - поворот по меньшему радиусу гарантированно даст выигрыш в расстоянии. Аналогично и здесь.
Но проблема вот в чем, для того, чтобы колеса могли проходить разное расстояние за одинаковое время, они должны вращаться с разной скоростью, что легко реализуется, если колеса соединены с осью не жестко, например, крепятся подшипниками к оси, как у самоката. Но если колеса жестко закреплены на оси, как у поезда, то могут вращаться только одновременно, поскольку связаны между собой.
Различие конструкций вагона и телеги объясняется различием условий их движения телега «работает» на широкой дороге, и если по какой-либо причине расстояние между колесами у нее изменится, то ничего страшного не произойдет. Для вагона дело обстоит иначе: он движется по рельсам и из соображений безопасности движения, его колеса должны находиться на постоянном и строго определенном расстоянии одно от другого. Так, по существующим стандартам расстояние между колесными парами должно составлять 1440 мм с погрешностью не более 3 мм. Для скоростных вагонов этот допуск еще меньше, поскольку большая погрешность может привести к аварии.
Для независимой подвески колес добиться малой погрешности практически невозможно, поэтому колеса у ж\д вагонов соединены жестко с помощью общей оси. Два колеса и соединяющая их ось образуют колесную пару и при движении вагона колесная пара вращается как единое целое.
И вот теперь выясняется, что вагон не может повернуть так, как это делает телега, ведь одно его колесо не может сделать больше оборотов, чем другое. Тем не менее одно из колес должно проходить на повороте больший путь – мы видим это на рисунке. Как такое может быть?
Можно предположить, что в таком случае одно из колес должно проскальзывать. Однако и ситуация неприемлема, так как правилами эксплуатации железных дорог проскальзывание колеса вагона относительно рельса категорически запрещается, так как проскальзывание колеса относительно рельса является основной причиной износа пути, ухудшает устойчивость вагона на рельсах и отрицательно влияет на безопасность движения. Как-то так.
Теперь, прочитав две страницы голого текста, думаю, ты понимаешь, что здесь есть над чем поразмыслить. Поэтому, вот тебе задачка: как поворачивает ж\д вагон?
Подсказка: на верхней поверхности рельса есть полоска (фото отвратительного качества прилагается). Подумай, как она образовалась, ответив на этот вопрос, поймешь и как ответить на мой вопрос.
А в следующую среду я продолжу, и ты будешь иметь возможность проверить, совпала ли твоя догадка с ответом.
_____________________________________
#физика_вжизни
#SchoolPlex