В следующий раз, когда на станцию въезжает вагон метро или пригородного поезда, приглядитесь к его большим металлическим колесам. Вы заметите, что вместо того, чтобы иметь форму идеальных цилиндров, их стороны расходятся под небольшим углом. Это не заводской брак, а продуманный выбор инженерного дизайна, который позволяет поезду плавно поворачивать, не улетая с рельс.
Василий Макаров
Почему колеса ЖД-поездов имеют такую странную форму

На канале Numberphile, посвященном математике и науке, Тадаши Такеда, директор по математическим исследованиям в Тринити-холл, Кембридж, на примере двух наборов пластиковых стаканов, скрепленных изолентой, демонстрируют разницу между стабильностью и нестабильностью колесных осей железнодорожных вагонов.

Когда вершины стаканов скреплены вместе, они могут катиться по параллельным дорожкам, не отклоняясь и не заваливаясь на бок. Однако если скрепить их у основания, они всегда будут немного забирать вбок, пока наконец не сойдут с пути. По мере того, как стаканы поворачивают влево или вправо, их диаметр с обеих сторон изменяется, в результате чего получается своеобразная пара связанных колес, имеющих разный размер. Но версия, где стаканы скреплены вершинами, сама корректирует себя во время движения, что и придает ей устойчивость.

Как объясняет Такеда, именно это свойство колес позволяет поезду не сходить с трассы во время поворотов. Внешний рельс на самом деле физически длиннее внутреннего, что в случае двух абсолютно цилиндрических колес требовало бы того, чтобы они вращались с разной скоростью, что весьма проблематично осуществить на практике. Чтобы решить эту проблему, инженеры сконструировали колеса конусовидными, чтобы во время разворота поезда они могли покачиваться из стороны в сторону в режиме реального времени. С одной стороны площадь соприкосновения становится больше, что позволяет им оставаться на внешней колее, а с другой — укорачивается, что оптимально для внутренней колеи. Все происходит автоматически благодаря центробежным силам, которые выталкивают поезд наружу, когда он огибает угол, что означает, что никакой дополнительной поддержки ему не требуется.

Понравилась статья?
Подпишись на новости и будь в курсе самых интересных и полезных новостей.