Занятие «Колесо и рельсы»

Автор: Шох Ольга Викторовна

Организация: МБОУ школа «Надежда»

Населенный пункт: Московская область, г.о. Коломна

Кто может ответить на вопрос – что старше, паровоз или рельсы, или, может быть, они появились одновременно?
Рельсовый путь намного старше паровоза. Это вовсе не значит, что археологи сначала откопали дорогу с рельсами, а потом где-то нашли паровозы.
Наблюдательные люди, жившие века спустя со времени создания рельсового пути, заметили углубления в камнях. И выяснили, что это – специально сделанные колеи. Каменные углубления не были проделаны колесами за многие годы езды транспорта по одним и тем же путям, их сделали для повышения скорости передвижения и перевозки тяжелых грузов. Роднила их с нынешним рельсовым путем параллельность. Но были такие пути далеко не везде, а чаще встречались на территории Древнего Рима, мощного государства древнего мира.
Позже в разных странах появились деревянные лежни, по которым можно было везти грузы. Но дерево быстро стиралось, хотя даже такой несовершенный рельсовый путь увеличивал скорость перевозки. А многие годы спустя вместо дерева стали использовать чугун.
И в России для перевозки руды и угля устраивали рельсовые пути, по которым катили тачки и вагонетки.
А в 1809 году на Алтае был реализован проект Петра Козьмича Фролова, создавшего чугунную дорогу от рудника до сереброплавильного завода. Только роль паровоза отводилась лошадям.
Зачем заводу была нужна чугунная дорога? Из добываемых руд большинство заводов делало сырец, т.е. первично обработанную руду, а выплавка металлов производилась на более крупных заводах, было их в это время на Алтае всего два, туда сырец и богатую руду и перевозили. Перевозки шли чаще всего по рекам. В те годы было два вида дорог – сухопутные и речные. Петр Козьмич Фролов разработал карту реки Иртыш, а также описал минералогию, топографию и историю реки и земель, находящихся возле нее. После исследований Фролова начертил чертежи, по которым для увеличения перевозки руды были сделаны суда большей вместимости.
Имя Петра Фролова не должно забываться, он сумел изменить жизнь не только на Алтае, и его дела прославили всю Россию.
Петр Козьмич учился в Петербурге и закончил там Горное училище. Образование он получил очень хорошее, знания имел глубокие. Отец его, Козьма Дмитриевич, был знатоком горнометаллургического дела. Вернувшийся после учебы сын под началом отца получил возможность изучить на месте тонкости работы добывающих и перерабатывающих заводов. Став инженером, Петр Козьмич смог объединить свои знания и опыт отца. Например, Козьма Дмитриевич использовал на заводах Алтая лежневые дороги, правда, они не выходили за пределы завода. Петр Козьмич задумал проект рельсового пути большого рельсового пути, строительства ровной рельсовой дороги, соединяющей рудники, лесные разработки, пристани и заводы.
Практическое занятие. Как проложить дорогу из пункта А в пункт Б.
Может быть, кто-то припомнит шутливую загадку: как перевезти с одного берега на другой волка, козу и капусту?
Как бы вы проложили дорогу, имея ровную поверхность, возвышенность и реку?
Рисунок, карандаш.

На дороге, скачущей с возвышенности на равнину и обратно, тратилось при движении больше усилий и терялось время из-за необходимости приспосабливаться к рельефу местности. Петр Козьмич взялся за решение сложнейшей задачи. Где-то он предложил полотно дороги поднять, где-то опустить, где-то преодолеть реку, построить мост через овраг и сделать ровный путь.
Чугунные рельсы, имевшие непривычный для нас выпуклый вид, укладывались на деревянные лежни, чтобы избежать поломки рельсов, а их в свою очередь клали на шпалы. Колеса же повозок, едущих по таким рельсам, должны были иметь вогнутость в виде желобов.
Практическое занятие.
Карандаши, бобины из-под лески.

Колесо вообще вещь удивительная. После долгих размышлений над историей изобретения колеса люди пришли к выводу, что колесо в природе не имеет прообраза. Колесо никто нигде не увидел, человек его придумал.
Колеса, оставшиеся нам от древних времен, были из дерева. Сохранились они плохо, дерево не самый прочный материал. Но по фрагментам поняли, что колеса, сделанные из спила ствола дерева, ненадежны, они подвержены растрескиванию. Поэтому колесо делали из нескольких частей, соединяя их в круг. Для того, чтобы колесо катилось, его насаживали на ось.
Практическое занятие.
Мы сделаем самые простые колеса из пластилина, а потом соединим их «ушными» палочками.

У таких колес выявилась проблема. По прямой линии пара колес двигалась хорошо, а при поворотах начинались неудобства. И изобрел человек ступицу.
Ступица крепилась в отверстие, сделанное в середине колеса, а затем колесо насаживалось на ось. Такая конструкция облегчала повороты, хотя до сих пор многие не понимают, как это можно было сделать без подшипников.
А дорога, которую спроектировал Фролов, была построена. В день одна лошадь перевозила по ней столько, сколько перевезли бы 25 лошадей по грунтовой дороге, а если бы не было препятствий со стороны тех, кто не желал изменений, то одна лошадь могла бы заменить 40.
Так Петр Козьмич стал в России одним из основоположников железнодорожного проектирования.
Человек придумал паровоз. А как устроено колесо паровоза? Их отливают из металла, у них имеются спицы, есть противовесы. Размеры колес внушительные, ведь они должны выдерживать большой вес.
Колесной паре приходится выдерживать примерно 20 тонн нагрузки. Никакая шоссейная дорога не выдержит такого веса, паровоз и вагоны без рельсового пути зарылись бы в землю, а по рельсам паровоз тянет тяжелый состав.
Поставив паровоз на рельсы, изобретатели должны были решить много вопросов.
Нужно было сдвинуть паровоз с гладких рельсов, удержать вагоны от раскачивания при движении, воспрепятствовать сходу с рельсов, а в случае поломки колеса не дать паровозу упасть.
Колеса вагонеток Фролова имели два «борта». У колес паровоза сделали с внутренней стороны колеса «бортик», реборду или гребень, препятствующий сходу паровоза с рельс, особенно при поворотах.
Для того, чтобы проложить рельсовый путь, подготавливают полотно железной дороги, чем ровнее он будет, тем лучше. Шпалы, на которые укладывают рельсы, засыпают балластом – песком, щебнем. Щебень помогает уходить воде с полотна дороги. Рельсы костылями прикрепляют к шпалам. Какими бы длинными не казались нам рельсы, они не бесконечны, и их нужно соединять. Рельсы не сваривают друг с другом, а оставляют зазор, потому что при повышении температуры металл расширяется, и рельс может искривиться. Рельсы нельзя делать сплошными еще и потому, что даже сталь от большой нагрузки срабатывается. Состояние рельсового пути проверяют, и если замечают изменения, то заменяют какой-то участок рельсов, или подгнивших шпал.
Бывает, колеса поезда боксуют, колеса быстро вращаются, а вагон почти не двигается. Против боксования применяется песок, который по специальной системе сыпется на рельсы.
Не случайно возле железных дорог появились защитные полосы из деревьев, это препятствует снегу наметать сугробы, а летом «зеленые заборы» поглощают пыль.
Колеи железных дорог имеют стандарты, но они неодинаковы по миру. В России колея была 1524 мм, теперь практически везде он составляет 1520 мм. Но колеи бывают очень разными. Самая узкая находится в Англии, всего 260 мм, там же есть дороги с 381 мм. На детских железных дорогах часто устанавливают узкую колею. А самая широкая колея 1676 мм находится в Индии.
Век назад из-за разных размеров колеи пассажиры переходили из одного поезда в другой. Потом научились приподнимать вагоны и подводить под них специальные тележки с колесами, рассчитанными на другую колею.
Многие дороги поначалу был однопутными, затем почти везде были проведены вторые пути и дороги стали двухпутными или двух колейными.
Паровозы бывают двух видов: пассажирские и товарные. Колеса пассажирских паровозов больше, для него важна скорость. Чем больше колесо, тем выше скорость. У товарного паровоза было больше колес, но меньшего диаметра.
Закончилось ли совершенствование колеса?
Нет. Видео фрагмент «Колеса настоящего и будущего»

https://rusdarpa.ru/?p=1813

Ефетов М.С., Полоса чудес,Детгиз,Москва,1955

https://www.youtube.com/watch?v=nV-MkiqaSLs&t=922s

1. file0.docx (19,4 КБ)

Опубликовано: 31.05.2024