У наш час важко уявити собі потяг без рейок, за якими він йде. Якщо паровоз сходить з рейок, це ви-викликають катастрофу. Рейки і прокладають саме для того, щоб по ним ходили потяги. Але, виявляється, не завжди це було так. Були часи, коли по «залізницям» - рейках котилися НЕ вервечки вагонів, що захоплюються потужними паровозами ІС або ФД, а малень-кі вагонетки. Вузькоколійні дороги, спочатку деревян-ні, а потім чавунні, вже давно почали будувати для від-катки вугілля і руди з шахт. За гладких рейках ваго-Нетко котилися набагато легше і швидше, ніж по нерівній пухкої землі, так як тертя кочення коліс об дерево, і тим більше про чавун, дуже мало. Вагонетку штовхав шах-тер або тягнула коня. Паровозів ще не було. «Залоз-ва дорога» - рейки з'явилися майже на сто років раніше, ніж паровоз!
Але ось, на початку минулого століття був винайдений паро-віз, і для нього швидко знайшлася підходяща дорога - рейки. Однак для чавунних рейок паровоз виявився занадто важким - крихкий чавун не витримував на-Грузьке і ламався; тому його замінили менш крихким металом - сталлю. Але перш ніж паровоз завоював собі міцне місце в нашому житті, його винахідників довго мучило питання: яким чином паровоз піде по рейках? Адже вагонетку штовхав людина або тягнула ло-шадь, а паровоз повинен штовхати сам себе. Більш того, він повинен тягнути за собою вагони. Як же паровоз буде сам себе штовхати? Парова машина, встановлена на паровозі, силою тиску пара обертає його провідні ко-лёса. Але що буде, якщо сила тертя між цими колесами і рейками виявиться малої? В цьому випадку колеса будуть обертатися, прослизаючи по рейках, як людина, що намагається бігти по льоду. Паровоз буде «буксувати» на місці і не тільки не потягне за собою ва-гони, але, мабуть, і сам себе не зрушить. Ось це і сму-щало винахідників.
Не довіряючи тертю, один з винахідників зробив провідні колеса паровоза зубчастими і проклав поруч з головними рейками спеціальні зубчасті рейки для цих коліс. Провідні колеса відштовхувалися від зубців, а решта котилися по головним рейках. На малюнку 13 показаний такий паровоз. Він мор робити всього 4 кілометри на годину і при цьому раз у раз ламав зубці.
Інший інженер побудував зовсім дивний паровоз. У цього паровоза ззаду була складна система важелів. Поршень парової машини приводив в рух важелі, і вони змушували переступати по землі прикріплені до них чавунні колодки. Такий паровоз, а краще ска-мовити - «пароплав», в буквальному сенсі ходив на чу-
гунних ногах! Швидкість його не перевищувала 5 кілометрів на годину (рис. 14).
Мал. 13. Паровоз з зубчастими провідними колесами.
Й тільки пізніше вирішили випробувати, чи може паровоз з гладкими колесами їхати сам без зубчаток і штовхачів по гладких рейках.
Виявилося, що це цілком можливо: па-ровоз міг навіть тя-нуть за собою поїзд в 50 разів більшої ваги, ніж він сам.
Чого ж не враховувати-вали винахідники паровоза, коли бою-лись пустити його по гладких рейках?
Як видно, вони не уявляли собі досить ясно, з яким видом тертя вони мають справу. Як і чому шахтар може
Котити вагонетку з вугіллям? Він впирається руками в ваго-Нетко, а ногами в землю. При цьому ноги його не ковзають
Мал. 14. Паровоз з штовхачами.
(Цьому заважає сила тертя спокою між підошвами і землею), а залишаються на місці. Вагонетка, що стоїть на
Рейках, теж не може ковзати - цьому перешкоджає сила тертя спокою між її колесами і рейками. Але зате вона може котитися. Отже, шахтар, штовхаю-щий вагонетку, долає тільки силу тертя кочення її коліс і невелику силу тертя ковзання осей коліс в підшипниках. Але ці сили, обидві разом, багато мен-ше сили тертя ковзання коліс по рейках. Якби колеса вагонетки чомусь перестали обертатися на своїх осях, вагонетка змогла б тільки ковзати по рейках. Щоб її рухати, шахтареві довелося б тиснути ка неї з силою, рівною силі тертя ковзання. Це було б непосильною працею. Але якщо колеса можуть вра-тися, шахтар може легко котити вагонетку.
Мал. 15. Які сили діють на провідне колесо паровоза.
Те ж саме відбувається і з паровозом. Його парова машина обертає провідні колеса. Вона викликала б про-скальзиваніе коліс по рейках, якби цьому не пре-перешкоджали сила тертя спокою, спрямована вперед (рис. 15). Ця сила, не даючи колесам скільки-зить, і змушує їх котитися. Паровоз рушає з місця.
Але що станеться, якщо паровоз прив'язати дуже міцним сталевим тросом до масивного залізобетон-ному стовпа, вкопані в землю? Тиск пара заста-вляет колеса і раніше ковзати по рейках, а сила тертя не дає виникнути цієї ковзанню. Відкотитися тепер колеса не можуть - паровоз утримується тросом. Колеса в цьому випадку залишаться нерухомими. Якщо підняти тиск пара в циліндрах машини настільки, щоб прагне повернути колеса сила перевищила максимальну силу тертя спокою, то колеса почнуть про-скальзивать по рейках. Паровоз «забуксує» на місці.
Так буває і тоді, коли до паровоза причеплений надто важкий склад. Тертя кочення всіх вагонних коліс по рейках і тертя ковзання їх осей в під-шіпніках грають тут роль троса. Значить, щоб паро-віз міг везти склад, сила тертя спокою його ведучих коліс повинна бути більше спільного тертя кочення по рейках і ковзання в підшипниках для коліс всього складу.
Тертя ковзання осей в підшипниках намагаються зменшити, ретельно обточуючи осі і змащуючи під-шіпнікі, і при хорошому стані підшипників воно також невелика. Тому сили тертя спокою ведучих коліс паровоза про рейки вистачає не тільки на те, щоб рухати паровоз, а й на те, щоб тягнути за ним потяг, раз в 50 важчий, ніж сам паровоз. Згадавши про закон Кулона, читач зрозуміє, що чим важче склад, тим важче повинен бути паровоз. Сухе тертя спокою- ось причина того, що паровоз вміє «ходити» по гладких рейках, подібно до того як ми ходимо по гладенькій підлозі. Не завжди, однак, це розуміли.