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铁路转弯的地方,为什么外轨要比里轨垫得高些?

十万个为什么 物理 2020-10-11 43 0 | 作者:为什么 向心力正压力侧压力

  火车在弯道上行驶,也是在作圆周运动,当然也必须有向心力的作用。这个向心力从哪里来的呢?

  当然,火车不能象骑自行车的人那样,到转弯的地方自觉地向里侧倾斜。但办法总是有的,可以通过承载它的钢轨,来给它一个向心力!

  铁路两根钢轨间的内侧距离总比火车左右两个轮边间的外侧距离稍大一点。当火车在平直道上行驶时,轮边跟钢轨间并没有持续的紧密接触:这时候,钢轨对车轮只有向上的托力(即正压力),没有确定的侧向推力(即侧压力)。

铁路转弯的地方,为什么外轨要比里轨垫得高些?

  如果弯道上的两根钢轨还是同样高低,那么当火车开过时,它的外轮边就跟外轨压得很紧,里轮边却与里轨离得较开。这时候,里轨对车轮只有正压力的作用,外轨除对车轮有正压力的作用之外,还有侧压力的作用。这个侧压力就是钢轨给火车的向心力。

  这种侧压力,会使轮边和轨边发生严重摩损。

  火车的速度快,这种侧压力也大。过大的侧压力,除了会使轮边与轨边发生严重的摩损以外,还司‘能推动外轨向外侧移动,引起脱轨(俗称出轨)事故,有时候甚至会有翻车的危险。

  怎样才能既消除这种危险的事故,又给火车需要的向心力呢?筑路工人在筑到弯道时,总是用适当垫高外轨的办法来解决这个问题。因为倾斜的钢轨对车轮的正压力,是向着弯道的里侧倾斜的。这种倾斜的正压力可以认为是由两个分力所合成:一个是竖直向上的分力,它支持车子的重量;另一个是指向圆心的水平分力,这个分力就是火车行经弯道所需要的向心力。这样一来,那种肇事的侧压力就几乎不存在了。

  可是,外轨应比里轨垫高多少,才算是适当呢?那就需要根据弯道的半径和火车开行的速度来计算。一旦里外轨的高度差定下,转弯时的行车速度就有一定限制。速度太大和太小,都会使钢轨受到侧压力。如果火车速度大大超过规定的行车速度,由于里外轨高度差得到的向心力不足以使火车从直线运动变成圆周运动时,火车仍有出轨的危险。