Як паровоз вчився ходити

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

Як паровоз вчився ходити

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.

Як паровоз вчився ходити

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.

Схожі статті