تسجيل الدخول

تسجيل

ترنح عربات القطار (الفيزياء الخفية وراء اهتزاز العربات على القضبان)

المؤلف:  جيرل ووكر

المصدر:  سيرك الفيزياء الطائر

الجزء والصفحة:  ص233

2025-07-26

688

في التصميم التقليدي للقطارات تكون العجلات (مخروطية» (مائلة)، ومُقيدة من خلال فلانشة داخلية لتبقى على القضبان، ومُتَّصلة في أزواج من خلال محور العجلة. وعادةً ما تكون القضبان - ذات القمة المستديرة - مائلة إلى الداخل قليلا.

عندما يتحرك القطار على طول مسار مستقيم، لماذا تتأرجح المقصورات أو العربات يمينا ويسارا، وهي حركة يُطلق عليها (الترنح)؟

 والترنح لا يحد من سرعة القطار وحسب، وإنما ينحو أيضًا إلى تشويه القضبان وأرضية السكة الحديدية. ونظرًا لأن التآكل الناجم عن ذلك لا يكون متساويًا على الجانبين

الأيسر والأيمن، تميل العربات التي تجرها القاطرة لكي توازن التآكل على الجانبين. الجواب: إذا تحركت العربة ناحية اليمين مثلا، تقطع العجلة الموجودة ناحية اليمين نصف قطر كبيرا، في حين أن العجلة الموجودة ناحية اليسار تقطع نصف قطر أصغر، بسبب الشكل المائل لكل عجلة. ونظرًا لأنَّ العجلات مرتبطة بعضها ببعض بإحكام، فإنَّها تنعطف بالمعدل نفسه، ولكن التباين في مسافة الانعطاف يعني أن العجلات الموجودة ناحية اليمين تقطع مسافة على المسار أطول من العجلات الموجودة ناحية اليسار في نفس الفترة الزمنية يتسبب الاختلاف في السرعة على طول المسار في انحراف محور العجلة وتسير العربة معوجة على طول المسار إلى أن تصير على يسار المركز. وحينئذ ينعكس الموقف. إذا استمرت الاهتزازات يُوصَف القطار بأنه «يتأرجح» بمعنى أنه «يسعى» إلى موضع مستقر.

وقد يتسبب انحراف عارض في بدء حركة الترنح إلا أن قوى الاحتكاك الناجمة عن اعوجاج القضيب والعجلات بسبب وزن القطار يمكن أن تتسبب في الاهتزاز. فإذا كانت سرعة القطار أقل من قيمة حرجة معينة تختفي الاهتزازات الناجمة من الانحراف. ولكن إذا كانت السرعة أعلى تزداد الاهتزازات والفلانشات وحدها هي التي تحمي القطار من الخروج عن المسار، وأحيانا تكون الاهتزازات شديدة جدًّا حتى إن العجلة تخرج من القضبان رغم وجود الفلانشات.