Como um trem faz uma volta sem sair dos trilhos?

 

Como os trens fazem curvas sem sair dos trilhos?

Os trens, uma invenção que precede o automóvel em mais de um século, ainda utilizam muitos dos padrões estabelecidos no século XVIII. Sem a necessidade de tecnologias modernas sofisticadas, como vagões basculantes ou diferenciais, os trens conseguem fazer curvas graças a uma tecnologia básica do século XVIII: conjuntos de duas rodas de aço conectadas por um eixo de aço rígido.

A Ciência por Trás das Rodas de Trem

As rodas de um trem estão rigidamente conectadas entre si e devem girar na mesma velocidade angular. Isso levanta a questão: como um trem faz uma curva, considerando que a roda externa terá que percorrer uma distância maior que a interna?

A resposta está na superfície de rolamento das rodas do trem, que é cônica. À medida que a força centrífuga empurra o trem para o exterior da curva, a roda externa pisa no trilho com um diâmetro mais largo do que a roda interna. Isso permite que ela percorra a distância mais longa necessária, enquanto gira exatamente na mesma velocidade de rotação que a roda interna.

A Importância da Flange da Roda

O movimento lateral é limitado pela “flange” da roda, que impede que a roda se mova muito longe e eventualmente descarrile. Isso estabelece um limite para o raio mínimo de uma curva que um trem pode fazer, razão pela qual as ferrovias sempre têm curvas muito largas.

A Complexidade das Rodas e Trilhos

A superfície de rolamento de uma roda do trem tem uma forma bastante complexa, assim como os trilhos. Em uma curva, os trilhos são colocados nos dormentes com uma inclinação estabelecida. Além disso, para permitir que as rodas se movam lateralmente em uma curva, a distância entre as faixas (o medidor) deve ser maior que a distância entre as flanges da roda.

No entanto, essa diferença não pode ser mantida também em uma seção reta de uma linha ferroviária, ou o trem “bamboleará e tecerá”, reduzindo a eficiência da viagem e o conforto dos passageiros. Para evitar isso, o indicador é menor em linha reta do que em uma curva, de modo que há apenas a tolerância necessária entre os trilhos e as flanges opostas para permitir a rotação sem fricção excessiva.