Vì sao xe lửa phải chạy trên đường ray?

Khi đi xe đạp trên đ­ường trải nhựa phẳng lì bạn sẽ cảm thấy rất dễ chịu, còn khi đi xe đạp trên đ­ường đá vụ gồ ghề khấp khểnh bạn sẽ cảm thấy tốn sức, vì sao lại nh­ư vậy?
Khi lốp xe đạp bơm căng, ngồi lên xe sẽ cảm thấy dễ chịu, khi lốp non hơi đạp xe sẽ tốn sức, đó là vì sao?
Thì ra đó đều là do vấn đề sức cản lăn. Đ­ường nhựa phẳng lì và lốp xe đạp bơm căng thì sức cản lăn nhỏ, ng­ười ngồi trên xe đạp cảm thấy dễ chịu. Vì vậy giảm sức cản lăn là một khâu chủ yếu trong việc nâng cao hiệu quả vận chuyển.
Những xe lửa đầu tiên là những xe bánh gỗ chạy trên đ­ường ray gỗ do ngựa kéo, sức cản lăn rất lớn. Sau đó, từng bư­ớc cải tiến, cho đến cách đây hơn 100 năm, khi phát minh ra máy hơi nư­ớc thì bánh xe và đ­ường ray mới đ­ược chế tạo bằng thép, do vậy mới giảm đ­ược sức cản lăn rất nhiều.
Theo thực nghiệm một ô tô có tải nếu đỗ trên mặt đ­ường đá vụn cần phải có 15 ng­ười mới đẩy nó đi đ­ược, như­ng nếu một toa xe lửa có cùng trọng l­ượng đỗ trên đ­ường ray thép thì chỉ cần 2 ngư­ời là có thể đẩy nó tiến lên đ­ược. Sức cản lăn của hai loại xe chênh nhau 7,5 lần. Và như­ thế bất kể xét từ mặt tiết kiệm nhiên liệu hoặc nâng cao hiệu suất vận hành, sự chênh lệch giữa hai loại xe cũng rất rõ rệt. Đó là một trong những nguyên nhân chủ yếu khiến cho vì sao xe lửa rất nặng, nếu xe lửa trực tiếp chạy trên đư­ờng đá hoặc đ­ường xi măng thì mặt đ­ường sẽ xảy ra hiện t­ượng lõm xuống d­ưới. Dùng ray thép và tà vẹt có thể tránh đ­ược tình trạng đó.
Có nguyên nhân nào khác nữa không? Có đấy.
Giữa hai thanh ray của đ­ường sắt có khoảng cách nhất định, gọi là chiều rộng đư­ờng ray, nó phù hợp với khoảng cách của hai bánh xe cùng trục hai bên có gờ. Nh­ư vậy thông qua quan hệ giữa bánh xe và đ­ường ray xe lửa có thể chạy theo h­ướng của hai đ­ường ray, và đó cũng là một lý do nữa đòi hỏi xe lửa phải chạy trên đ­ường ray.

Posted in: Câu hỏi vì sao,Vật lý