Pociągi nie mogą jechać pod górę

Jeżeli pamiętacie jazdę pociągiem pod górę, to albo wasza pamięć zawodzi, albo byliście w jakimś wyjątkowym miejscu. Pociągi nie mogą jechać pod górę i z tego powodu na ich trasach znajduje się wiele tuneli i wiaduktów. Winna jest temu ich konstrukcja oraz nieugięte prawa fizyki. No dobrze, trochę mogą – większość pociągów jest w stanie bez problemu pokonać wzniesienia strome nie bardziej niż 2%. To jednak bardzo słaby wynik. Dla porównania: większość samochodów może wjechać na wzniesienia o pochyleniu 30-40%, a ludzie mogą wejść nawet na takie, o pochyleniu ponad 80%!

Przyczepność pociągu

Dokładne powody, przez które pociągi kiepsko radzą sobie z wjeżdżaniem na wzniesienia, są dosyć skomplikowane. Najbardziej istotna jest tutaj przyczepność. Samochody mają na koła naciągnięte gumowe opony, które toczą się po asfalcie. Takie połączenie sprawia, że tarcie między kołami samochodu a podłożem jest duże i samochód nie ma problemu z wjazdem na wzgórze. Jednak jego poruszanie się po płaskim terenie jest mało wydajne – duże tarcie sprawia, że samochód potrzebuje dużo energii do nabrania prędkości.

W pociągach jest zupełnie inaczej. Mają one cienkie, stalowe koła, które toczą się po stalowych szynach. Takie połączenie sprawia, że opory toczenia są bardzo małe. Dzięki temu pociągi mogą osiągać znacznie wyższe prędkości od samochodów o tej samej mocy (oczywiście przeliczonych na kilogram). Jednak wadą tego rozwiązania są właśnie problemy z wjazdem pod górę.

Jak porusza się pociąg?

Jak już ustaliliśmy, koła pociągu mają bardzo małe tarcie. Są w stanie ruszyć z miejsca wyłącznie dzięki ogromnej masie pociągu. Duży ciężar naciskający na cienkie koła sprawia, że przyczepność staje się wystarczająca. Sprawa komplikuje się, gdy tory przestają być płaskie. Kiedy pociąg zaczyna jechać pod górę, jego masa przestaje równomiernie rozkładać się na wszystkich kołach. Ciężar przenosi się do tyłu i pociąg bardziej naciska na tylne niż na przednie koła. Lokomotywa napędzająca skład znajduje się zwykle właśnie z przodu. Po odciążeniu kół nie ma ona wystarczającej przyczepności do wciągnięcia pociągu na wzniesienie.

Jak pociągi wjeżdżają pod górę?

Czy to oznacza, że linie kolejowe nie mogą być budowane w górzystym terenie? Oczywiście nie. Inżynierowie wymyślili wiele sposobów na to, jak poradzić sobie z tym problemem. Najczęściej spotykanym jest tak zwane podwajanie wzgórza. Ten termin oznacza, że pociąg, który nie jest w stanie wciągnąć swojego ciężaru, jest dzielony na dwa mniejsze składy. Lokomotywa najpierw wciąga jeden z nich, a następnie wraca po kolejny. Po wywiezieniu wszystkich wagonów na wzniesienie są one łączone i pociąg może kontynuować podróż.

Drugą metodą są lokomotywy pomocnicze, które czekają na stacji u podnóża wzniesienia. Kiedy jakiś pociąg próbuje na nie wyjechać, wtedy podpinają się one z tyłu i swoją mocą pomagają wypchnąć wagony na górę.

Trzecia metoda to kolej zębata. Jej tory posiadają pośrodku dodatkową, zębatą szynę. Specjalnie przystosowane pociągi, z zębatką między kołami, są dzięki temu w stanie pokonywać stosunkowo strome wzniesienia.

Gdzie pociągi jeżdżą pod górę?

Na początku wspomniałem, że mogliście jechać pociągiem pod górę. Już wiemy, jakie są na to sposoby, teraz czas sprawdzić, gdzie są wykorzystywane w praktyce. Technika podwajania wzgórza jest zwykle wykorzystywana przy transporcie towarów, ale na dwie pozostałe metody mogliście natknąć się w czasie waszych podróży. 

Jeżeli jechaliście pociągiem przez Anglię, to mogliście przejeżdżać przez The Lickey Incline. Ta położona na południe od Birmingham trasa jest najbardziej stromym, wciąż utrzymywanym przejazdem kolejowym w Wielkiej Brytanii. Ma on zaledwie 2,65% nachylenia, a mimo to pomocnicza lokomotywa jest konieczna, aby pociągi mogły po nim wyjechać. Kolej zębata jest często spotykana w górzystej Szwajcarii, jednak mogliście na nią trafić dużo bliżej. Takie rozwiązanie jest stosowane w kolejkach jeżdżących po słowackiej części Tatr. Koleją zębatą można dojechać na przykład do Szczerbskiego Plesa.

oprac. Wojciech Kaleta