O przechyłce toru kolejowego

 

Wyobraźmy sobie tor kolejowy w idealnym stanie technicznym. Siadamy wygodnie w równie idealnym pociągu i ruszamy w podróż. Droga jest daleka, więc zamykamy oczy i próbujemy się zdrzemnąć. Zanim jednak udaje nam się zasnąć zwracamy uwagę, że pomimo zamkniętych oczu i idealnego stanu zarówno toru jak i pociągu jesteśmy w stanie odróżnić, czy pociąg jedzie po odcinku prostym czy po łuku. Jesteśmy nawet w stanie określić, czy łuk jest prawy czy lewy. Dlaczego tak się dzieje? Oczywiście jest to zasługą siły odśrodkowej, której działaniu zawdzięczamy zmianę kierunku naszego ruchu (rys. 1). Otwieramy jednak na chwilę oczy i nagle okazuje się, że zostaliśmy oszukani – pomimo że nie czujemy żadnej siły wyrzucającej nas na zewnątrz łuku widzimy wyraźnie, że pociąg porusza się właśnie po łuku.

 

Tym „oszustwem” jest przechyłka toru kolejowego, czyli podniesienie zewnętrznej szyny ponad poziom szyny wewnętrznej. Czy przechyłka jest w stanie zmniejszyć lub nawet zlikwidować siłę odśrodkową? Oczywiście nie, ale zmienia ona kąt nachylenia podłogi i ścian wagonu, które są naszym subiektywnym wyznacznikiem pionu i poziomu. Jeżeli nie będą nam dostarczane bodźce wzrokowe spoza pociągu, to za ruch po prostej (dla precyzji: ze stałą prędkością) uznamy taką sytuację, w której wypadkowa siła działająca na nasze ciało będzie skierowana, w naszym odczuciu, pionowo, czyli  prostopadle do podłogi, a nie prostopadle do płaszczyzny Ziemi. Ponieważ siła odśrodkowa zależy wyłącznie od naszej masy, prędkości i promienia łuku to dla każdego zestawu tych trzech danych wejściowych istnieje dokładnie jedna wartość przechyłki (rys. 2), która sprawi, że podczas ruchu po łuku będziemy czuli się praktycznie tak samo komfortowo jak podczas jazdy po odcinku prostym (tylko „praktycznie tak samo”, bo poczujemy się jednak wówczas odrobinę ciężsi). Jeżeli przechyłka będzie mniejsza, to będziemy odczuwali „wyrzucanie” na zewnątrz łuku, a jeżeli przechyłka będzie większa – poczujemy, że „spychanie” w kierunku środka łuku. Odwróćmy sytuację: jeżeli przechyłka na łuku będzie stała, to jadąc po łuku z dużą prędkością poczujemy „wyrzucanie” na zewnątrz łuku (rys. 3), a jadąc z małą prędkością – „spychanie” w kierunku środka łuku (rys. 4).

Ciąg dalszy w przygotowaniu…