Kako lokomotiva može vući dugačak vlak koji je mnogo teži?

Druga razlika je znak jednakosti umjesto manje-od-jednako. To znači da je sila trenja konstantna sve dok predmet klizi – više nije jednaka primijenjenoj sili. To znači da neto sila nije nula. Trčeći gurnite jače stolicu i stolica će se ubrzati.

Vratimo se onom natezanju konopa. Vozač s desne strane sada ima ideju: umjesto da upali motor, on smanjuje gas kako bi održao interakciju statičkog trenja s tračnicama. Polako i postojano. Momak s lijeve strane ga spusti — i što se događa? Kotači mu se vrte i on dobiva kinetičku silu trenja. Pa, statičko trenje pobjeđuje kinetičko trenje, tako da pravi vlak pobjeđuje!

To bi funkcioniralo čak i ako je vlak s lijeve strane nešto teži. Dakle, moguće je da lokomotiva vlaka vuče masivnije automobile. Ali čekaj! Postoji još važniji čimbenik: vagon vlaka koji se kreće kotrlja se, a ne klizi. Kotač samo dotakne tračnicu u jednoj točki i zatim se kotrlja na drugu točku kotača. Ovo je čarolija kotača: Za automobile koji se vuku više nema bilo koji trenje s tračnicama.

Ali negdje mora postojati kinetičko trenje, i doista postoji—to je između osovina kotača i samog automobila. Da bi se okretala, osovina mora kliziti duž neke površine u kućištu koja je drži na mjestu. Ali s valjkastim ležajevima i podmazivanjem, μ_k može se znatno smanjiti, od 0,56 za suhi čelik na čelik do otprilike 0,002.

Sada razgovaramo! Tako lokomotiva može vući dugi vlak automobila s mnogo većom masom. Motor vuče naprijed koristeći čelik na čelik statički trenje, koje je prilično visoko (0,74), što mu daje dobru trakciju. A automobili imaju rezistivnu kinetičku silu trenja s koeficijentom koji je reda veličine manji.

Neki dodatni trikovi

Ipak, ta ogromna težina od 10 000 metričkih tona čini vrlo visoku normalnu silu – otprilike 100 milijuna newtona. I zapamtite, statičko trenje je veće od kinetičkog. Dakle, čak i ako možete pokrenuti vlak, možda ga nećete moći pokrenuti.

Zato vlakovi imaju trik koji se zove slack action. Ako ste ikada bili u blizini vlaka dok se kreće, vjerojatno ste čuli hrpu pucketanja koja se kreće niz vagone. Razlog je što je veza od jednog automobila do drugog labava. Dakle, kada lokomotiva vuče prvi vagon, drugi vagon ostaje nepomičan dok labavost ne nestane. Pomoću ovog trika lokomotiva može pokrenuti jedan po jedan vagon i dodati ga u skupinu vagona u pokretu. Prilično pametno!

Još jedna cool stvar. Postoji još jedna vrsta trenja koja se zove trenje kotrljanja. Ovo vidite na kamionu s gumenim gumama: Pod težinom vozila, gume se spljošte na dnu. Dakle, kada se kamion kreće, gume se neprestano deformiraju i vraćaju u svoj pravilan oblik. Ovo savijanje zagrijava gume, a gdje ima topline dolazi i do gubitka energije. Budući da se energija štedi, to znači da se kotači usporavaju, a kamion mora trošiti više goriva kako bi održao svoju brzinu. Vlakovi, s druge strane, imaju vrlo malo trenja kotrljanja, jer se njihovi čelični kotači gotovo uopće ne deformiraju. To čini vlakove energetski učinkovitijim načinom prijevoza.

Dakle, vidite – doista je moguće da lokomotiva vuče hrpu vagona koji imaju veću masu. Samo trebate upotrijebiti malo fizike.