Hiç, “Nasıl oluyor da tren tekerleri kolay kolay raydan çıkmıyor?” diye düşünmüş müydünüz? Alışık olduğumuz normal tekerler gibi tasarlansalardı çok daha fazla kaza yaşanırdı ve asla binmek istemeyeceğimiz araçlar hâline gelirlerdi.
Ancak tren tekerlerindeki sihirli fizik tozundan nasibini almış dâhiyane tasarım, güvenliğin sağlanmasında ve hareketin kolaylaşmasında büyük rol oynuyor.
Olayı karton bardaklarla canlandırarak tren tekerlerinin çalışma mantığını anlayabiliriz.
“Lesics” adlı YouTube kanalındaki nokta atışı örnekten yola çıkacak olursak olayı karton bardaklarla anlatabiliriz. İki karton bardağın ağzını birbirine yapışmış şekilde düşünün. Böyle bir şekilde, raylar yön değiştirse de trenimiz raydan çıkmazdı.
Ancak bardakların arka kısımlarını birbiriyle birleştirdiğimiz versiyonunu düşündüğümüzde trenin raydan çıkması çok daha olası. Şekiller biraz olsun kafanızda otursa da bunun nasıl mümkün olduğunu tam anlamamış olabilirsiniz.
Trenlerin tekerlerinin konik olması hayat kurtarıyor.
Tren tekerleri, tam silindir şeklinde değildir. Bi' tık konik şekildeler aslında. Bu konik şeklin sebebi, büyük bir işleve hizmet eder: trenin rotasını rayın merkezine doğru düzenlemek ve diferansiyel hareketini yapmasına yardımcı olmak.
İlk işlevi şöyle de anlatabiliriz, trenin tekeri hafifçe eğildiğinde ona etki eden kuvvetler merkeze doğru net bir kuvvet oluşturacak şekilde değişir. “Kendi kendini merkezleme” dediğimiz bu kuvvet, tekerlerin otomatik olarak rayın merkezine dönmesini sağlar. Böylece trenin sabitliği korunur ve raydan çıkmaz.
Elbette trenlerin raydan çıktığı durumlar da var ancak bunlar genellikle; rayların hasar alması, hava koşulları ya da hız ve altyapı gibi sebeplerle meydana geliyor.
Aşağıdaki animasyonlarla daha iyi kavrayabiliriz:
Kırmızı oklar, tekerlere etki eden ana kuvvetlerdir. Yeşil olan tepki kuvvetleri ise tekerlek yüzeyine her zaman diktir. Konik tekerler merkezlendiğinde bu kuvvetlerin yatay kısımları, birbirini iptal eder.
Şimdi de tekerlerin sağa doğru hareket ettiğini düşünelim. Yukarıda görebileceğiniz üzere normal kuvvetlerle birlikte tüm çark eğilir. Net kuvvet ise sola doğru olur. Bu net kuvvet, tekerleri otomatik olarak geri getirir. Tekerler merkeze yaklaştığında, kendi kendini merkezleme kuvveti ortadan kalkar.
Diferansiyel hareketini de kolaylaştırır.
Diferansiyelin görevini en basit şekilde “iki teker arasındaki devir dengesini sağlamak" olarak tanımlayabiliriz. İşte konik şekil burada devreye girer ve tren dönüş yaptığında farklı hareketlere olanak tanır.
Tren tekerlerinin temas noktasındaki yarıçap, konik şekil sayesinde değişerek tekerlerin hafifçe kaymasını ve dönüşler için gereken merkezcil kuvveti sağlar. İşte tüm bu nedenlerden, tren tekerlerindeki bir mühendislik harikasıdır desek hatalı sayılmayız.
Bu sistemin yerine lastik teker kullanılan trenler de var.
Lastik tekerler, geleneksel çelik tekerlerden daha yüksek yuvarlanma direncine sahip. Fakat yuvarlanma direncinin artırılmasının bazı avantajları ve dezavantajları olması sebebiyle her yerde tercih edilmiyor.
Evet, lastik tekerlerin dik yokuşlara tırmanma veya inme gücü daha fazla. Ayrıca ray aşınmasının büyük ölçüde azalmasını sağlıyor. Ancak az önce bahsettiğimiz tekerleklerle kıyaslayınca lastiklerin patlama ihtimali bulunuyor, daha yüksek enerji tüketimi yapıyor ve zamanla parçalandıkları için hava kirliliğine sebep olan partiküller saçıyor. Bu yüzden hangi tekerleğin kullanılacağı, ihtiyaçlara ve şartlara kalıyor.
Kaynaklar: Popular Mechanics, Lesics, Science Directİlginizi çekebilecek diğer içeriklerimiz: