Во время следующего путешествия по железной дороге, приглядитесь к колесам поезда. Вас удивит, но они вовсе не идеальной цилиндрической формы – их стороны расходятся под определенным градусом. Это вовсе не ошибка разработчиков, а спланированное инженерное решение, чтобы поезда могли мягко поворачивать, не съезжая с магистрали.
В своем проекте Тадаши Такеда, руководитель математических исследований в Кембридже, наглядно продемонстрировал различия стабильности и нестабильности колесных осей посредством пластиковых стаканчиков, скрепленных липкой лентой.
В случае, когда соединены верхушки стаканов, конструкция может совершать движение ровно, не падая набок. При этом, если скрепить основания стаканов, конструкция будет постоянно клониться, пока окончательно не сойдет с пути. В зависимости от степени поворота влево или вправо, диаметр стаканов меняется, вследствие чего образуется пара соединенных разноразмерных колес.
В версии, где колеса скреплены вверху, конструкция в процессе движения корректируется самостоятельно, что обеспечивает ее устойчивость. По словам Такеды, такая особенность позволяет составам не сходить с рельсов в процессе поворотов.
На самом деле внутренний рельс короче внешнего, что при двух равных цилиндрических колесах требовало бы разной скорости их вращения. На практике эту задачу реализовать весьма сложно. Инженеры спроектировали колеса конусовидной формы, чтобы в процессе поворотов поезда могли плавно покачиваться, не рискуя сойти с путей.
