Почему поезд может взорваться при движении

Почему стучат колеса поезда, известно давно. Дело в том, что формула круга, а колесо – это круг, S = π × r². Это объясняет, что колеса стучат на стыках рельсов.

А вот почему эти самые рельсы поют при движении поезда? Дело в том, что рельсы никогда не бывают идеально ровными. У них есть шероховатости, впадинки и бугорочки. Когда поезд едет, он стучит по рельсу, а при большой скорости эти шероховатости складываются в единый звук. Вот такая вот музыка железных дорог. А почему у быстро едущих поездов иногда вылетают стекла, рассказывает программа "Знаете ли вы, что?" с Алексеем Иванченко на РЕН ТВ.

Как поток воздуха влияет на поезд при движении

Почему поезда "поют"

Человек работает весь год, чтобы две недели провести у моря. Неудивительно, что в предвкушении этого радостного события у него поет душа. А поезд, который мчит отпускника к ласковым волнам, ей подпевает.

Здесь нет никакого обмана – электричка Калининград – Светлогорск во время движения "поет". Специалисты утверждают: в этом относительно мелодичном завывании отчетливо слышны ноты си и ля третьей октавы. Всему виной ремонтный состав, который прошел по рельсам и снял с них ржавчину, превратив таким образом рельсы в стальные струны.

"Представим, что это бандаж колеса, а это приспособление у нас будет рельс. Она шероховатая как раз у нас. Когда мы проводим взаимодействие колеса с рельсом, мы слышим звук. А теперь представьте, это звук на протяжении сотен метров и километров, и едет у нас более 100 колесных пар. Это все входит в резонанс, рельсы тоже входят в резонанс, и как бы получается у нас эффект духового оркестра", – объяснил специалист по диагностике железнодорожного пути Дмитрий Коркушко.

"Ласточка" из Калининграда к Балтийскому морю летит со скоростью 125 км/ч. Однако уже есть поезда, которые обгоняют ее как стоячую.

Еще совсем недавно это считалось невозможным. Дело в том, что на такой бешеной скорости локомотив, который с открытого участка въезжал, например, в тоннель, испытывал резкий перепад давлений. При этом вокруг поезда возникали вихревые воздушные потоки, которые разгонялись до скорости звука.

"Когда поезд выходил из тоннеля, то возникал очень громкий звук, наподобие хлопка. Это было связано с тем, что поезд, двигаясь по тоннелю, создавал своего рода воздушную пробку, которая, сталкиваясь со стеной воздуха снаружи, давала вот такой звук", – уточнил старший научный сотрудник НИИЯФ МГУ Максим Малышев.

Хлопок, который сопровождал поезд при выходе из тоннеля, был настолько сильным, что в окнах домов в радиусе километра звенели стекла. А пассажиры постоянно жаловались на то, что от удара по ушам они на время теряли слух. Что с этим делать, никто не знал до тех пор, пока проектировщики не подсмотрели решение этой задачи у зимородка.

"Форма его тела, особенно головы и клюва, такова, что он может стремительно входить в воду, при этом не создавая большое количество брызг. Инженеры частично скопировали аэродинамику его клюва и головы и приспособили ее к поезду. Это привело к тому, что звук уменьшился крайне значительно и, более того, удалось увеличить скорость движения поездов и повысить его энергоэффективность", – заявил Максим Малышев.

"Здесь не получится такого, что, например, пассажир срывает стоп-кран и поезд встает. Если пассажир активирует стоп-кран, то из вагона приходит сообщение в кабину машиниста, что в таком-то вагоне активирован стоп-кран, и машинист уже принимает решение сам", – рассказал машинист электропоезда Антон Синицын.

Почему у скоростных поездов часто бьются стекла

Громкость локомотивного гудка – около 140 децибел. Его голос можно сравнить лишь с ревом турбины самолета.

У скоростных поездов часто разбиты стекла, причем с внешней стороны. К слову, мальчишки с рогатками здесь ни при чем – во всем виновата аэродинамика. Когда поезда проезжают мимо друг друга, между ними образуется очень быстрый поток воздуха. А как гласит закон Бернулли, основной закон аэродинамики, чем выше скорость потока, тем меньше давление внутри него.

Огромный тяжелый поезд сдвинуть с места гораздо сложнее, поэтому разницей давлений вытягивает окна из поездов.

Локомобиль: что за транспорт и зачем нужен

Путешествие на поезде в 15 раз безопаснее, чем на автомобиле, и намного комфортнее. Однако в отличие от машины поезд не может свернуть с маршрута, чтобы заскочить, например, к теще на блины. А вот локомобиль – может.

"Локомобиль – это обыкновенный стандартный автомобиль для движения по дорогам общего пользования, дооборудованный системой комбинированного хода, которая позволяет этому автомобилю двигаться по рельсам точно так же, как мы едем по асфальту, так же мы опираемся на рельсы и двигаемся. Железнодорожные катки позволяют нам не свалиться с рельсов", – заявил специалист компании по производству локомобилей Дмитрий Козлов.

"Данный представленный локомобиль оборудован системой линейного видео. В программе автомобиля заложено, как должно выглядеть рельсовое полотно. Он сопоставляет с картинкой, которую получил с камер высокого разрешения, и на основе этого выдает анализ, в каком состоянии находится этот участок пути", – пояснил Дмитрий Козлов.

Внедорожник на комбинированном ходу весит две тонны. Но при необходимости он может заменить маневровый тепловоз, потому что коэффициент трения резины о сталь очень высокий.

Почему железнодорожные пути прокладывают только на равнинах

Протяженность автомобильных дорог в России – 1 миллион 700 тысяч километров. В 21 раз больше, чем общая длина всех железнодорожных путей вместе взятых, и это вполне логично. Ведь поезда нужны далеко не в каждом городе, не говоря уже про деревни, а еще потому, что рельсы можно проложить далеко не везде.

Поезд, как известно, пройдет там, где проложен путь. А железнодорожные пути прокладывают исключительно по равнинам, а не по горам и холмам. Все дело в коэффициенте трения – и колеса и рельсы у поезда железные, поэтому поезд просто соскальзывает.

Причины аварий на железнодорожных путях

Может ли поезд взорваться при движении

Машинисты проходят участки в низине на минимальной скорости и по возможности стараются не тормозить, потому что в таких местах в случае утечки на трубопроводе может скапливаться газ, который тяжелее воздуха. И тогда достаточно будет одной искры из-под колес, чтобы произошел объемный взрыв. 

"Проведем эксперимент. В наш аквариум, который послужит низиной, мы запустим немножечко бытового газа. Давайте посмотрим, как быстро загорится наш газ. На какой высоте он сейчас находится? Итак, мы убедились, что бутан тяжелее воздуха и скопился на самом дне аквариума. Он загорелся только тогда, когда мы опустили зажигалку очень низко, и едва не спалил наш поезд", – показал преподаватель физики Никита Артамонов.

Как на рельсы влияет тепловое расширение

Скопление бытового газа причиной аварии на путях бывает редко. Гораздо чаще поезда идут под откос из-за теплового расширения, которое выгибает рельсы дугой. Ведь при повышении температуры с нуля до 30 градусов стандартное рельсовое звено длиной в 25 метров становится длиннее сразу на восемь миллиметров.

"Вы можете видеть уравнительный стык, который заменяет стыковые зазоры при расширении или сужении рельсы. Дышащий конец плети свободно двигается. Тем самым он компенсирует продольную деформацию рельсовой плети", – объяснил начальник опытной путевой машинной станции Александр Пугачев.

Содержать железнодорожное полотно без стыков на 40% дешевле, чем обслуживать звеньевой путь. Потому что оно меньше подвергается вибрационным нагрузкам. Но вот что обидно: проложить такой удобный и тихий путь, который иногда называют шелковым, можно далеко не везде. Например, на зыбких почвах, что вспучиваются зимой и оседают весной, уложить можно только стандартные рельсы со стандартными стыками. С одной стороны, это, конечно, плохо, а с другой – хорошо, потому что под стук колес всегда спится лучше.

В каждом выпуске "Знаете ли вы, что?" вас ждут истории великих открытий, факты об изобретениях и изобретателях и, конечно, главные загадки человечества, которые приготовила нам сама природа. Алексей Иванченко собственноручно проверит каждый факт и поставит над ним эксперимент. Экстремально-познавательное шоу "Знаете ли вы, что?" – это вдумчивый контент, меняющий представление о научно-популярном сегменте на телевидении.