Люди редко обращают внимание на большие металлические колеса поездов. При первой возможности присмотритесь к их форме. Вы будете удивлены, если заметите, что они не выглядят, как идеальные цилиндры, поскольку их стороны расходятся под определенным углом. Если промелькнула мысль, что это брак, вы ошибаетесь. Это инженерное решение, которое позволяет составу не слететь с рельсов при поворотах.
Простое объяснение
Тадаши Такеда, который занимается математическими исследованиями, на примере двух соединенных стаканов объяснил, как работают колеса в поезде. Объяснил необходимость наклона.
При помощи изоленты он соединил два стакана. При передвижении им удавалось параллельно катиться на протяжении всего пути. Когда ученый соединил стаканы у основания, ситуация кардинально изменилась. Через определенное расстояние стаканы начинали съезжать в сторону. Это показывает, что колеса сходили бы с рельсов.
Схожий принцип используется в поездах. На примере со стаканами, скрепленными сверху, видно, что колеса корректируют положение самостоятельно, что предупреждает схождение с рельсов на поворотах при большой скорости.
Сложности инженерии
При повороте одному колесу необходимо преодолевать большее расстояние, а другому – меньшее. Идеальный вариант – движение с разной скоростью. Но в поездах технически подобное явление невозможно реализовать.
Проблему решают колеса со скосами. Благодаря конусовидной форме, с одной стороны площадь контакта колеса при повороте увеличивается. При этом с другой стороны она пропорционально уменьшается. Действие центробежной силы способствует тому, что колесо огибает угол, при этом дополнительная поддержка не нужна. Простое инженерное решение служит гарантом безопасности на дороге.
