鉄道車両の曲がり方

こんにちは。講師の藤原です。
今日は私の研究内容に少し関係のある雑学的なお話をしたいと思います。


突然ですが、皆さんはなぜ鉄道車両が真っ直ぐに進むだけでなく曲がることができるかご存知ですか？

多くの人達が「軌道(レール)が曲がっているから」と考えていると思います。極めて当たり前で正解のように聞こえますよね。私も大学2年生の頃までは自信満々でそう思っていました。実際、プラレールのような電車のおもちゃもそのようになっていますし、それで遊んだ経験や日常の直観からそう思ってしまうのも無理ありません。

しかし、それは違うのです。レールによって無理矢理カーブさせているわけではないのです。そんなやり方であんなに大きく重たい鉄道車両をカーブさせてては、ガンガン車輪とレールが衝突して乗り心地が悪くて仕方ありません。それによってレールや車輪も消耗してしまいます。

では、どのような仕組みで鉄道の曲線通過を可能にしているのでしょうか。

その秘密は車輪の形状にあります。実は、鉄道の車輪は自動車のタイヤのように平らではなく、勾配があります。文章で説明されるとわかりづらいかと思いますが、イメージとしては軸の先に円柱が付いているか円錐がついているかの違いです。鉄道の車輪は後者のようになっていると考えてください(正確には違いますが)。

しかし、なぜそれだけで曲がれるの？と思う方がまだいるかと思います。そこで、軸の左右に半径の異なる円盤を取り付けて転がしたらどうなるかを想像してみてください。例えば左の円盤の方が小さく右側の方が大きいもので転がしたとすれば、それは左にカーブしていくことは容易に想像できると思います。これは、軸で円盤がつながっていることで左右が同じ回転速度になるので、半径の大きい方が速く進むからです。円錐のように勾配のついた鉄道車輪では、レール上で左右にずれることでこれと同じような状況を生み出しているのです。要するに、レールとの接触の位置によって左右の輪径差を生み出し、それで曲線を滑らかに通過しているのです。

今回は少し難しい話になってしまいましたが、鉄道には様々な技術が隠されていて面白いです。また何か興味深いことがあれば話したいと思います。

それではさようなら。

講師の小言 [2011-08-05]