Если вам доводилось ездить на поездах дальнего следования, то наверняка вы замечали, что перед началом движения вперед поезд сначала едет назад. Грузовые поезда откатываются ещё больше, чем пассажирские и внимательные читатели об этом уже знают.
Ответить на вопрос "почему так" можно даже и ничего не зная про динамику движения поездов и железные дороги, но хорошо понимая физику.
Сила трения и её роль здесь
Чаще всего ответ строится, исходя из знаний о силе трения. Большинство из вас наверняка уже знают или слышали, что сила трения покоя больше силы трения качения. Этому явлению есть физическое объяснение. Когда тело долгое время стоит на поверхности он как будто срастается с ней. Это совсем грубое объяснение и такую формулировку можно критиковать, но этого вполне достаточно для представления физического процесса.
Объект, который стоит неподвижно длительное время, взаимодействует с поверхностью на множестве уровней. Начиная от молекулярного взаимодействия и кончая постепенным продавливаением поверхности, что затрудняет начало движения так как тело оказывается в "яме". Это как корова, которая попала в болото. Чем дольше стоит, тем сложнее её будет вылезти.
Вот только сила трения тут хоть и очень важна, но не она оказывает решающее значение. Логика хорошо работает в случае, если поезд пытается тронуться в горку. Тогда действительно проще сначала откатить состав по инерции вниз, а потом потихоньку затягивать его в верх. Сила тяготения поможет преодолеть трение покоя и останется потихоньку втянуть состав в горку. Это часто проще, чем стронуть неподвижные вагоны с места сразу в верх. На ровном же участке растраты энергии будут эквивалентными.
Посмотрите внимательно на одну деталь...
В начале заметки мы отметили, что грузовые поезда откатываются назад дальше, чем пассажирские. А электрички вообще практически никогда не используют этот лайфхак. Все эти типы поездов отличаются массой и длиной состава. Грузовые поезда иногда бывают настолько длинными, что кажутся бесконечными. Очевидно, что длинный поезд и весит гораздо больше. Но какая польза от этой информации?
Для понимания процесса нужно рассмотреть устройство сцепки вагонов поезда. Конструкции бывают самые различные, но объединяет их одна общая особенность. Во всех них есть свободный ход.
Для того, что сцепка потянула вагон, который стоит за ней, ей нужно проехать несколько сантиметров и только потом начнется взаимодействие с другим вагоном и одна часть потянет другую. Это незначительное расстояния, когда речь идёт об одном вагоне. Но умножьте теперь эти несколько сантиметров на количество вагонов грузового поезда и получите несколько метров!
Сцепка и физика движения
Когда поезд движется он обладает инерцией и нагрузки не так критичны. Это как катить пень по лесу. Пока пень катится его остается только подпихивать ногой в нужное время.
В начале же пути инерции нет и нужно потратить намного больше силы, чтобы спихнуть объект. Ещё и сила трения покоя тут мешается.
Когда машинист прибывает на станцию, вагоны преимущественно стоят так, что сцепки находятся в натянутом состоянии. Ведь всё это время вагоны тянул вперед локомотив. Поезд останавливается, силы взаимодействия ослабевают из-за торможения, но натяги сцепок между вагонами преимущественно сохраняются.
Для того, чтобы тронуться с места было легче, машинист сначала откатывается назад и все сцепки оказываются в свободном состоянии. Потом локомотив двигается вперед и сцепки вагонов по цепочке начинают тянуть друг друга. Процесс этот не молниеносный, а поочередный. Локомотив сначала тянет первый вагон, первый вагон проезжает полметра и тянет за собой следующий вагон и так по цепочке.
Локомотиву на старте нужно тащить не сразу все вагоны разом, а каждый вагон присоединяется через некоторый промежуток времени. Нагрузка растёт поэтапно и мощность локомотив тоже может наращивать постепенно. Такая схема движения намного более "комфортная" и выгодная с физической точки зрения.
------------
Обязательно оцените статью лайком, напишите комментарий и подпишитесь на проект! Это очень важно для развития канала.
-------------
Советую также прочитать на нашем канале:
-----