Por que os trens têm rodas em forma de cones?

Datado de sua invenção em 1804, os trens têm sido um modo de transporte vital há séculos. Eles estão entre as melhores invenções da Revolução Industrial e inauguraram uma nova era. As locomotivas a vapor substituíram constantemente os trens de carroça puxados a cavalo, precedindo-os com sua capacidade de mover cargas pesadas de passageiros e carga preciosa pela terra a velocidades rápidas usando sua potência bruta. Rolando junto com o avanço da tecnologia moderna, o trem, como sabemos, viu muitas mudanças no design ao longo dos anos. Talvez um de seus elementos de design mais importantes seja a roda.

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Você já notou que as rodas de um trem têm uma forma cônica única? Você pode pensar que é uma escolha puramente estética. E embora possa emprestar à aparência geral do trem, a forma das rodas desempenha um papel crucial na operação do trem, permitindo que ele navegue com segurança e suavemente na ferrovia. Se não fosse pelo recurso de design de engenharia inteligente da roda, o poderoso trem poderá correr imediatamente da pista.

A roda cônica é um feito inovador de engenharia que ajuda o trem com duas coisas principais: navegar em curvas e permanecer na pista. Para entender como as rodas cônicas funcionam, é importante entender por que as rodas redondas não funcionam. Enquanto navegar em uma pista reta pode funcionar bem o suficiente, tentar dirigir um trem com rodas redondas sobre uma ferrovia curva representaria um desafio, provavelmente resultando em descarrilamento do trem. Isso ocorre porque as rodas redondas carecem de uma força egocêntrica para mantê-las alinhadas com a pista, especialmente ao navegar em curvas.

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Ao contrário das rodas redondas ou cilíndricas, a forma cônica das rodas de trem cria uma força egocêntrica. O fator -chave é que os dois lados da roda são diferentes de diâmetro, permitindo que o ponto de contato entre a roda e a pista mude naturalmente com o movimento do trem. À medida que o trem gira, o lado maior da roda faz contato com a pista e suporta seu peso, enquanto a porção menor se move um pouco mais rápida e permite que a roda se mova na direção da curva. (Se você está tendo problemas para imaginar isso, assista ao Vídeo do YouTube acima para obter um visual mais claro sobre como funciona). Essencialmente, se não fosse pelo design cônico da roda, apoiando movimentos suaves e estabilidade na pista, o risco de um acidente de trem mortal aumentaria significativamente.

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As rodas de trem nem sempre eram cônicas. Quando o transporte de trem ainda era novo no início do século 19, as rodas eram cilíndricas e feitas de ferro fundido. Impactado pelo peso do trem – tornado ainda mais pesado quando cheio de grandes cargas de carga – as rodas eram propensas a quebrar, provocando a necessidade de um material mais forte. A partir da década de 1830, os engenheiros começaram a substituir o ferro fundido por ferro forjado, que se sustentava muito melhor a longo prazo. No final do século 19, eles mudaram para o aço, um material ainda mais forte que acomodava o crescente peso e velocidade dos trens.

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Além do que eram feitos, a forma das rodas de trem precoce causou outro problema comum: balançar. Devido à forma cilíndrica da roda, quando o trem girava, ele balançava de um lado para o outro. Isso inspirou o uso da roda flangeada. Inventada pelos ingleses William Jessup em 1789, a roda flangeada foi originalmente construída para trens de vagões no início do dia, ajudando-os a agarrar os trilhos com seu design inovador de armas. Adicionar o elemento flangeado para treinar as rodas interrompeu o balanço, garantindo a estabilidade geral do trem na pista.

Mais tarde, elaborando o design da roda flangeada, o pioneiro da ferrovia George Stephenson implementou o uso da roda cônica em 1814. Isso revolucionou ainda mais a maneira como os trens navegavam na ferrovia. Até hoje, as rodas cônicas são um item básico do design da locomotiva, permitindo que os trens estejam suavemente em torno de curvas e permanecerem na pista.

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