電車の車輪の形がまっすぐではなく、円錐形であることを不思議に思ったことはありませんか?このシンプルでありながら天才的な発明を詳しく探ってみましょう。
【書き起こし】電車の車輪の形に隠されたおもしろい工学
(00:00) 列車の車輪は完全な円筒形ではなくやや 円錐形になっています私たちはこの円錐形 の形状は列車の進路を中心に向かって修正 すること列車の作動を支援することという [音楽] 2つの大きな偉業を達成した工学における 大発明だと考えています まずは一つ目の偉業を理解するために のり付けした紙コップを使った簡単な実験 を考えてみましょう のり付けした紙コップを線路の上で転がし てみると 完全に まっすぐ動いているのがわかります 最初に少しだけ傾けてみてもちゃんと 動いています さて次のセットはどうでしょうか これは接着方法が逆になっており 同じ線路上でカップを転がしても 失敗しています
(01:06) 鉄道の車輪はこのような円錐形星ています この角度で車輪が線路から離れないように しているのですが問題はなぜです この円錐形の配置はセルフセンタリング的 な力を生み出します どのようにそうなっているのかを理解する には車輪に働く力をチェックする必要が あります 直線走行時に車輪に作用する主な力はこの 通りです 反力は常に塩水の表面に垂直になります 車輪が中心にあるときはこれらの力の水平 成分は互いに相殺されるのですさて何らか の原因で車輪が右に移動してと仮定します 軸に沿って移動すると列車の車輪には 面白い現象が起こります お気づきでしょうか 図を見ても明らかなように列車の車輪 セット全体がこのように傾いているのです が この傾きにより方戦力も傾いてしまいます この状態で力の解析を行うと左方向に薔薇
(02:11) の力が働くことがわかります この力は車輪を自動的に中心に近づけ 車輪が中心に近づくとセルフセンタリング の力はなくなります シンプルながら素晴らしい技術だと思い ませんか 車輪の両サイドには安全のためにフランジ が取り付けられています では試しに列車の車輪が逆の角度になって いると仮定してみましょう ここで右に変異した時に同じ力の解析を 行うと発生する正味の力は再び右に向かっ ていることが分かります これがこの車輪の形状では車輪が常に軌道 から外れてしまう理由なのです 次に車輪が円すい形であるべき二つ目の 理由を見てみましょう 円錐形にすることで技術者は ディファレンシャルアクションを実現する ことができました例えば図のように列車が カーブを曲がるとしますここでは左の車輪 が右の車輪よりも長い距離を移動をし
(03:16) なければなりませんが 車輪を共通の宿で繋いだ時に通して片方の 車輪がもう片方の車輪よりも長い距離を 移動できるのでしょうか ここで円錐形が役に立つのです 車輪が回転すると少しずつ左にスライドし ていきます車輪の接触点を考えてみると サリンの方がうりんよりも半径が大きく なっています つまり同じ角度で回転させた場合左の車輪 の方がより長い距離を移動し 作動を得ることになるのです 児童書で作動を実現するためには車輪を 分離して異なる速度で回転させる必要が ある点を覚えておいてください しかし電車においては車輪を円錐形にした だけで作動を実現しています 面白いですよね もちろん車輪が左にスライドすると先ほど 見たように自動的に右に向かう力が発生し
(04:21) ます コーナリング時には個の力でターンに必要 な求心力を供給します これによりコーナリング中に車輪が中央に 戻ってくることがなくなります れ6は車輪にテーパーをつけるだけで2つ の技術的偉業を達成したエンジニアに 大きな敬意を表したいと思います 動画をご覧頂きありがとうございました また次回の動画でお会いしましょう
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Narration: Koji Asano
Website: https://www.justglobal.jp/japanese