كيف يسير القطار مع منحنيات القضبان دون أن ينحرف رغم سرعته؟

كتبت- أميرة حلمي:

تُعد القطارات العمود الفقري الأساسي للنقل والشحن لمئات السنين، وعلى الرغم من انتشارها في كل مكان، إلا أن تفاصيل عملها غامضة بعض الشيء. أصبحت القطارات بمثابة إنجاز هندسي أكثر من كونها إنجازًا علميًا.

هناك بعض الأشياء المجهولة الشائعة في القطارات، على سبيل المثال، إذا كنت قد شاهدت سباقًا على مضمار دائري من قبل، فستلاحظ أن الممرات التي تدور حول منحنى هي مسافات مختلفة، وذلك لأن المسافات داخل المسار وخارجه مختلفة، من الواضح أن هذا المبدأ ينطبق على القطارات أيضًا، فلماذا إذن يمكن للقطار أن يدير مع القضبان بثبات رغم سرعته؟.. نستعرض السبب في ذلك وفقاً لموقع sciworthy.

في البداية فكرة القطارات والعربات التي تمشي على القضبان ظهرت في ألمانيا وبأغلب البلاد الغنية بالفحم، وتكونت حينها من عوارض خشبية تجرها الخيول ثم تطورت واستبدلت العوارض الخشبية بالقضبان الحديدية والخيول بالمحركات والماتور الكهربي، وظلت تسير في اتجاه واحد مع القضبان بسرعة بسيطة.

ومع الوقت اعتمد الناس على القطارات في النقل ورغبتهم في زيادة سرعتها وتعديل خد سيرها وسهولة حركتها مع منحنيات القضبان وانحرافها، وجدت صعوبة في ذلك في البداية وذلك لاختلاف المسافات بين المسارين للقضبان أحد الخطين أطول من الثاني وعجلات القطار لا يمكن لواحدة أن تسبق الأخرى، خاصة أن عجلات القطار دائرية الشكل.

تم حل المسافات بين المسارين الداخلي والخارجي في الواقع باستخدام عجلات مخروطية الشكل، يمكن أن تسمح هذه العجلات المخروطية للقطار بالانزلاق جانبياً قليلاً لتعويض الاختلاف في المسافات بين المسارين.

وهكذا تظل القطارات محاطة بمحور، حيث تدور العجلات على جانبي القطار بنفس السرعة، ولا تزال قادرة على الالتفاف حول المنحنيات، عندما تدور القطارات حول المنحنيات والأركان، يجب أن تميل.

مع كل هذا الميل، فمن المدهش ألا تسقط القطارات، كما أن عجلات القطار صغيرة مقارنة بارتفاع القطارات وسرعاتها وزخمها.