А задумывались ли вы над тем, по какой причине поезда двигаются лишь по прямой? Человек адаптирует ландшафт под особенности железной дороги: ей низко – создаёт насыпь, ей высоко – проделывает в горе туннель либо сравнивает её с остальной поверхностью земли. На основном ходе Транссиба – полтора десятка тоннелей, а на параллельных – ещё с десяток, включая наиболее протяжённый – 7 км – под Амуром. Расскажу почему поезда не ездят в горку.
Колёса, как и рельсы, являются стальными. Между двумя компонентами, произведёнными из стали, трение меньше, чем, к примеру, между автошиной и асфальтом. И оно меньше, если его сравнивать с трением между стеклом и кожей. Невзирая на это, сцепление, которое образуется между рельсой и колесом, не мешает ж/д составу перемещаться вперёд – а всё потому, что внушительный вес вагона либо локомотива оказывает влияние на крайне малую зону, где соприкасаются рельсы и колёса.
Чтобы поезд тронулся с места, необходимо задействовать силу, которая преодолеет сопротивление аэродинамики, тяжесть всей машины и, естественно, силу трения. На плоской местности это работает: железнодорожный состав набирает высокую скорость и перевозит увесистые грузы. Однако всё изменится, если рельсы устремятся в горку, даже незначительную по крутости.
Не используя верхние конечности, человек преодолевает 75-градусные уклоны и даже немного круче. Хотя нужно приложить немало усилий и иметь приемлемую физподготовку. Автомобиль с лёгкостью заезжает на подъём в 30 градусов. Для поезда, передвигающегося по гладким рельсам, предел – это несколько градусов. А если рассматривать более крутые склоны, то уровень трения снижается, а распределение массы изменяется. Следовательно, колёса без толку крутятся независимо от того, насколько могучая сила перемещает металлическую конструкцию вверх.
В некоторых случаях даже паровой локомотив малой мощности можно отправить на прогулку вверх по холмистой местности – путём повышения тяжести вагона. Такой приём часто используется на ж/д ярмарках. За генерацию вспомогательного трения отвечает балласт и поезд, набрав скорость, покоряет маленькие вершины.
Ещё один метод принуждения состава идти вверх заключается в оснащении колёс и рельсов специальными зубьями и пазами. Например, у швейцарской зубчатой ж/д «Пилатусбан» уклон находится на уровне 48%. Смотрится это весьма необычно.