Як поїзд повертає, відчутна наука

Як поїзд повертає?

Ви бачили, як влаштовані колеса у поїзда? У всіх країнах вони приблизно однакові - ось такі, як на фото.

А тепер питання: як поїзди примудряються повертати? Адже вісь, до якої кріпляться колеса, нерухома відносно вагона - не те що у автомобілів, - і самі колеса теж відносно осі ніяк не можуть змінювати нахил!

Давайте самі зробимо поїзд, а точніше, його колеса, щоб зрозуміти, як це відбувається. Знадобиться нам зовсім небагато матеріалів: пластикові стаканчики (однакові!), Скотч або ізолента, і щось на роль изгибающихся рейок - два обрізка від шланга відмінно підійдуть. Ну, і похила площина на якій ми розмістимо конструкцію: так як двигуна у нас немає, доведеться використовувати силу тяжіння.

На похилій площині (можна взяти дошку або використовувати особливості рельєфу) розміщуємо наші вигнуті «рейки», так щоб між ними вміщалися півтора стаканчика (по висоті). Відстань між ними має бути однаковим.

Тепер конструюємо колеса. Одну пару стаканчиків склеюємо широкими кінцями один до одного, а іншу - піддонами. Для чистоти експерименту можна додати і третій тип колеса - просту трубу (можна взяти картонний ролик від туалетного паперу і склеїти два, щоб підходили по ширині). Так у нас вийшли два «колеса», тільки ми не з'єднували їх віссю, а безпосередньо один з одним, щоб було простіше.
А тепер скочується по рейках одне колесо і інше. Яке залишається на рейках краще?

Можу посперечатися, ви виявили, що рівна труба взагалі не хоче котитися по рейках, що колесо, вузьке посередині, скочується з рейок навіть частіше, і що колесо, яке ширше посередині, коригує свою траєкторію і залишається на шляху. Як же це відбувається?

Коли рейки згинаються, то колесо, яке йде по зовнішній рейці, фактично, має пройти більший шлях за той же час, що і внутрішнє колесо, що означає, що колесо має обертатися швидше.

Можна було б зробити зовнішнє колесо більше - але тоді поїзд не сможт їхати по прямій, тільки по колу ...

На початку 19 століття вже були візки, які потрібно було тягнути по рейках, і тягнули їх коні. Колеса залишалися на рейках завдяки спеціальним виступам по краях. Але ці виступи дуже швидко стиралися, псували рельсу, не кажучи про жахливий звук, який вони видавали при повороті. Рішення було знайдено, можливо, випадково, коли колеса почали відливати. Щоб колеса можна було дістати з форми, їх злегка звужували з одного боку. А потім, як і ми з вами, експериментували, щоб знайти найбільш стійку форму.

Так у нас виходить два колеса в одному - чи навіть багато коліс в одному, так як в залежності кута повороту рейок, колеса самі зміщуються так, щоб «маленьке» було всередині, а «велика» - зовні.