Γιατί οι τροχοί τρένου είναι μεταλλικοί και οι τροχοί αυτοκινήτου από καουτσούκ;

Δεδομένου ότι τα τρένα απαιτούν λιγότερη τριβή, έχουν μεταλλικούς τροχούς, ενώ τα αυτοκίνητα απαιτούν υψηλή τριβή, επομένως έχουν ελαστικά από καουτσούκ.

Υπάρχουν όλα τα είδη οχημάτων γύρω μας με διαφορετικές μορφές και παράγοντες. Διαφορετικά μέσα μεταφοράς χρησιμοποιούν διαφορετικές τεχνολογίες για να λειτουργούν αποτελεσματικά.

Έχουμε αυτοκίνητα και λεωφορεία που κυκλοφορούν στους δρόμους. Αυτά τα οχήματα χρησιμοποιούν ελαστικά ελαστικά πάνω από τους τροχούς τους και είμαστε πολύ συνηθισμένοι να τα βλέπουμε.

Διαφορετικοί τύποι μεταφοράς απαιτούν διαφορετικούς τύπους τροχών. (Φωτογραφία:udaix/Shutterstock)

Από την άλλη πλευρά, τα τρένα και τα μετρό που κινούνται σε γραμμές χρησιμοποιούν μεταλλικούς τροχούς, χωρίς κανένα είδος καουτσούκ πάνω τους.

Γιατί λοιπόν χρησιμοποιούμε διαφορετικά είδη τροχών για αυτά τα διαφορετικά είδη μεταφοράς;

Σημαντικοί παράγοντες που επηρεάζουν την επιλογή ενός τροχού

Πριν προχωρήσουμε κατευθείαν στη συζήτηση για τους τροχούς των τρένων και των αυτοκινήτων, ας προσδιορίσουμε μερικούς από τους παράγοντες που πρέπει να ληφθούν υπόψη όταν αποφασίζουμε ποιο είδος τροχού πρέπει να χρησιμοποιηθεί. Λάβετε υπόψη ότι υπάρχουν πολλοί παράγοντες που παίζουν ρόλο, αλλά αυτοί είναι οι σημαντικότεροι:

Τριβή

Η τριβή πρέπει να είναι ο πιο σημαντικός παράγοντας για να αποφασίσετε τι είδους τροχό χρειάζεται ένα μεταφορικό μέσο.

Η τριβή είναι μια μορφή δύναμης. Συνήθως, η τριβή εμφανίζεται όταν η επιφάνεια ενός αντικειμένου έρχεται σε επαφή με την επιφάνεια ενός άλλου αντικειμένου. Κάθε αντικείμενο ασκεί μια δύναμη στην επιφάνεια του άλλου αντικειμένου προς την αντίθετη κατεύθυνση από την κίνηση του άλλου αντικειμένου.

Γνωρίζουμε ότι όσο χαμηλότερη είναι η τριβή, δηλαδή όσο πιο ομαλά είναι τα δύο αντικείμενα που έρχονται σε επαφή, τόσο πιο γρήγορα κινούνται το ένα πάνω στο άλλο.

Όσο πιο λεία είναι η επιφάνεια, τόσο μικρότερη είναι η τριβή. (Φωτογραφία:udaix/Shutterstock)

Ταχύτητες

Διαφορετικά οχήματα προορίζονται να ταξιδεύουν με διαφορετικές ταχύτητες. Το πόσο γρήγορα πρέπει να ταξιδεύει κάτι, καθώς και για το πόσο υποτίθεται ότι πρέπει να ταξιδεύει με τέτοιες ταχύτητες, παίζει ρόλο στον καθορισμό του είδους του τροχού που θα χρησιμοποιηθεί.

Διαφορετικά οχήματα ταξιδεύουν με διαφορετικές ταχύτητες για διαφορετικά χρονικά διαστήματα. (Φωτογραφία:udaix/Shutterstock)

Έδαφος

Επιλέγουμε επίσης έναν τύπο οχήματος για το είδος του εδάφους που θέλουμε να περάσουμε. Τα διαφορετικά εδάφη απαιτούν διαφορετικά μέσα μεταφοράς, και επομένως διαφορετικά είδη τροχών.

Διαφορετικοί τύποι εδάφους απαιτούν διαφορετικούς τύπους τροχών. (Φωτογραφία:udaix/Shutterstock)

Λοιπόν γιατί τα τρένα χρειάζονται μεταλλικούς τροχούς;

Τα τρένα υποτίθεται ότι διανύουν μεγάλες αποστάσεις με υψηλές ταχύτητες ενώ μεταφέρουν τεράστιο βάρος. Πρέπει να χρησιμοποιήσουμε τροχούς που μπορούν να ικανοποιήσουν όλες αυτές τις προϋποθέσεις.

Πρώτα απ 'όλα, η τριβή πρέπει να είναι ελάχιστη για τους τροχούς ενός τρένου. Ένα τρένο ταξιδεύει σε ράγες που είναι απόλυτα ομοιόμορφες και ομαλές. Δεδομένου ότι δεν υπάρχουν προσκρούσεις ή τρύπες στη διαδρομή, ο στόχος του τρένου είναι να διατηρεί υψηλή ταχύτητα.

Τα τρένα κινούνται μόνο σε ράγες. (Φωτογραφία:udaix/Shutterstock)

Ένα τρένο μπορεί να διατηρήσει υψηλή ταχύτητα εάν υπάρχει πολύ μικρή τριβή μεταξύ των τροχών του και των σιδηροτροχιών, η οποία επιτυγχάνεται με την κατασκευή των τροχών από λείο μέταλλο. Τόσο οι ράγες όσο και οι τροχοί είναι κατασκευασμένοι από μέταλλο και είναι λείες μεταξύ τους. Αυτό μειώνει σημαντικά την τριβή (στην πραγματικότητα, φαίνεται ότι η τριβή μειώνεται κατά 85%-99% όταν χρησιμοποιούνται χαλύβδινοι τροχοί σε χαλύβδινες ράγες).

Τα τρένα ταξιδεύουν με υψηλές ταχύτητες για μεγάλα χρονικά διαστήματα. (Φωτογραφία:udaix/Shutterstock)

Τα τρένα δεν χρειάζεται να σταματήσουν ξαφνικά, κάτι που είναι γενικά για το καλό τους, αφού κουβαλούν τόσο βάρος και ορμή. Για αυτόν τον λόγο, δεν απαιτούν τροχούς που παράγουν τριβή, επομένως οι μεταλλικοί τροχοί επιλέγονται για τη μείωση της τριβής και τη διατήρηση της ταχύτητας.

Τα τρένα είναι επίσης εξαιρετικά βαριά (πολύ βαρύτερα από το συνηθισμένο σεντάν σας). Οι ελαστικοί τροχοί απαιτούν πολύ μεγάλη ποσότητα ενέργειας για να κινηθούν. Το μεγαλύτερο μέρος της ενέργειας/δύναμης που παράγεται από τον κινητήρα του αυτοκινήτου σας πηγαίνει στην περιστροφή των ελαστικών τροχών.

Τώρα, αν οι τροχοί του τρένου ήταν κατασκευασμένοι από καουτσούκ, ο κινητήρας θα απαιτούσε τεράστια ποσότητα ενέργειας/δύναμης για να κάνει το τρένο να κινηθεί, αφού το βάρος του είναι τόσο μεγάλο. Η τριβή αυξάνεται επίσης καθώς αυξάνεται το βάρος ενός αντικειμένου, με αποτέλεσμα τα ελαστικά από καουτσούκ να προκαλούν ακόμη μεγαλύτερη τριβή.

Όλες αυτές οι ιδιότητες είναι κακά νέα για τα τρένα, επομένως η χρήση ελαστικών τροχών για τρένο δεν είναι πρακτική.

Τι γίνεται με τα αυτοκίνητα;

Σε αντίθεση με το τρένο, το οποίο κινείται μόνο σε ράγες, ένα αυτοκίνητο ή οποιοδήποτε όχημα πρέπει να ταξιδεύει σε δρόμους—και μερικές φορές και εκτός δρόμου! Υπάρχουν περιπτώσεις που πρέπει να οδηγήσουμε το αυτοκίνητό μας μέσα από ένα δρόμο γεμάτο λακκούβες, ενώ σε άλλες πρέπει να το οδηγήσουμε μέσα από πυκνή λάσπη.

Τα αυτοκίνητα κινούνται σε δρόμους που έχουν υψηλή τριβή. (Φωτογραφία:udaix/Shutterstock)

Το ανώμαλο έδαφος δεν είναι επίσης μια ασυνήθιστη πρόκληση για τα οχήματά μας. Όλες αυτές οι καταστάσεις απαιτούν από το όχημα να έχει ισχυρό κράτημα στην επιφάνεια στην οποία πατάει. Αυτή η πρόσφυση επιτυγχάνεται μόνο εάν υπάρχει αρκετή τριβή μεταξύ των τροχών και του εδάφους. Αυτή η τριβή παρέχεται από το λάστιχο.

Οι δρόμοι και τα εδάφη από τα οποία περνούν τα οχήματα επίσης βλάπτουν συνεχώς τα ελαστικά, αλλά θα ήταν πολύ ακριβό να αλλάζετε τους μεταλλικούς τροχούς ξανά και ξανά. Τα ελαστικά από καουτσούκ είναι συγκριτικά φθηνότερα στην αλλαγή και διαρκούν πολύ περισσότερο σε τέτοιες συνθήκες δοκιμών.

Τα αυτοκίνητα πρέπει επίσης να φρενάρουν και να σταματούν πολύ πιο συχνά και πιο γρήγορα από τα τρένα, επομένως η συμπερίληψη ελαστικών ελαστικών βοηθά και σε αυτό.

Τα αυτοκίνητα πρέπει συνεχώς να σταματούν στην κυκλοφορία. (Φωτογραφία:udaix/Shutterstock)

Δεδομένου ότι τα αυτοκίνητα πρέπει να διατηρούν μόνο μια συγκεκριμένη ταχύτητα και δεν είναι τόσο βαριά όσο τα τρένα, τα ελαστικά από καουτσούκ δεν τα εμποδίζουν να αποκτήσουν ορμή και δεν σπαταλούν την ενέργεια του κινητήρα, όπως θα έκαναν στην περίπτωση των τρένων.

Συμπέρασμα

Υπάρχουν πολλοί παράγοντες που επηρεάζουν τα είδη των τροχών που πρέπει να χρησιμοποιηθούν για διαφορετικά είδη οχημάτων, αλλά ο πιο σημαντικός από αυτούς είναι η τριβή.

Δεδομένου ότι τα τρένα πρέπει να ταξιδεύουν με γρήγορες ταχύτητες συνεχώς με πολύ βάρος, απαιτούν λιγότερη τριβή, η οποία παρέχεται από τους μεταλλικούς τροχούς, ενώ τα αυτοκίνητα πρέπει να περπατούν σε ανώμαλα εδάφη και κάθε είδους δρόμους που απαιτούν υψηλή τιμή τριβής, η οποία είναι παρέχεται από ελαστικά!