Kodėl traukinių bėgiai turi tarpus?
Trumpas atsakymas: Traukinių bėgiuose yra mažų tarpų, todėl metaliniai bėgiai įkaista ir gali pailgėti. Tarpai neleidžia bėgiams spausti vienas kito ir deformuotis kylant temperatūrai.
Išsamesnis paaiškinimas
Geležinkelio bėgiai pagaminti iš metalo. Metalas įkaista ir tampa didesnis. Jei bėgiai būtų ištisiniai ir neturėtų kur plėstis, jie plėsdamiesi spaustų vienas kitą.
Dėl šio slėgio bėgiai gali sulinkti arba susiraukšlėti, o tai pavojinga traukiniams. Inžinieriai palieka mažus tarpus arba naudoja specialias jungtis, kad kiekviena bėgio dalis galėtų saugiai plėstis. Labai karštomis dienomis bėgiai, kuriuose nėra vietos plėstis, gali sulinkti arba „susilenkti“.
Geležinkelio bendrovės taip pat naudoja suvirintus bėgius ir įtempių valdymą, kad kitais būdais valdytų plėtimąsi. Tarpai yra maži, todėl traukiniai nejaučia didelių nelygumų, o bėgius laiko pabėgiai ir žvyras, todėl bėgiai didžiąją laiko dalį išlieka tiesūs.
Norintiems suprasti tiksliau
Įvardyti dėsniai / principai: Šis efektas vadinamas šiluminiu plėtimusi.
Dauguma medžiagų šiek tiek pailgėja įšilusios. Tiesaus metalo gabalo ilgio pokytis atitinka paprastą taisyklę: ilgio pokytis ≈ (šiluminio plėtimosi koeficientas) × (pradinis ilgis) × (temperatūros pokytis). Plienas, metalas, naudojamas bėgiams, turi mažą, bet išmatuojamą koeficientą.
Tai reiškia, kad ilgas bėgis gali pakeisti savo ilgį keliais milimetrais ar net centimetrais, kai temperatūra labai svyruoja. Inžinieriai naudoja šią taisyklę planuodami tarpus ir projektuodami ištisinius suvirintus bėgius, kurie yra fiksuoti tam tikroje temperatūroje (kad bėgis išliktų kontroliuojamo įtempimo veikiamas). Jei nėra vietos plėstis, gniuždymo jėga gali sulenkti bėgį į kreivę arba išlenkti bėgius – šis pavojus vadinamas bėgių išlinkimu.
Geležinkeliai taip pat naudoja išsiplėtimo jungtis, inkarus ir temperatūros valdymą, kad sumažintų riziką.
Kaip mes tai žinome: Mokslininkai matuoja metalo ilgio pokyčius laboratorijose ir ant tikrų bėgių, naudodami termometrus ir tikslias liniuotes. Inžinieriai dokumentuoja su šiluma susijusias bėgių problemas ir naudoja šiuos duomenis projektams tobulinti.
Pavyzdžiai gamtoje
- Tarpai, matomi tarp bėgių galų mažose stotyse
- Tiltų išsiplėtimo jungtys ten, kur bėgiai kerta tarpą
- Ilgi suvirinti bėgiai, ant kurių vis dar yra nedidelių tarpų perėjimų vietose
- Labai karštomis dienomis išlinkę bėgiai (retai, bet užfiksuota)
Namų Darbai
Šiltas metalas, šaltas metalas
Sauga: Karštas vanduo gali nudeginti – būkite atsargūs ir paprašykite suaugusiųjų pagalbos.
Priemonės
- metalinė liniuotė
- ledinis vanduo
- karštas vanduo
- termometras
- žymeklis
Žingsniai
- Pažymėkite liniuotės galus žymekliu, kol ji yra kambario temperatūros.
- Išmatuokite ir užrašykite temperatūrą termometru.
- Vieną liniuotės galą panardinkite į karštą vandenį minutei, kitą laikykite vėsų.
- Išimkite ir greitai išmatuokite atstumą tarp žymių.
- Dabar atvėsinkite liniuotę lediniame vandenyje, tada vėl išmatuokite. Ką rodo: Liniuotės ilgis šiek tiek pasikeičia, kai keičiasi jos temperatūra, o tai rodo šiluminį plėtimąsi.
Žodynas
- Šiluminis plėtimasis: kai medžiaga šiek tiek pailgėja jai įšilus.
- Šiluminio plėtimosi koeficientas: skaičius, rodantis, kiek medžiaga plečiasi pokyčio laipsniu.
- Bėgis: ilgas metalinis strypas, kuriuo rieda traukiniai.
- Išlinkimas: kai tiesus bėgis sulinksta arba susilenkia dėl plėtimosi.
- Išsiplėtimo jungtis: tarpas arba speciali jungtis, leidžianti bėgiams plėstis nespaudžiant vienas kito.
Atsakymai į klausimus
Ar traukinių bėgiai lydosi karštyje?
Ne. Plienas lydosi labai aukštoje temperatūroje, gerokai aukštesnėje nei įprastai.
Kodėl nepadaryti didesnių tarpų, kad bėgiai niekada nesiliestų?
Didesni tarpai sukeltų grubų važiavimą ir galėtų būti nesaugūs, kai traukiniai jais važiuoja.
Ar traukiniai jaučia tarpus?
Traukiniai jaučia tik nedidelį nelygumą, nes tarpai yra maži, o ratai ir pakaba sugeria didžiąją dalį jų.