Tại sao bánh xe lửa bằng kim loại mà bánh xe ô tô lại là cao su?

Thứ Ba, 26 Tháng Bảy 20225:00 SA(Xem: 645)
Tại sao bánh xe lửa bằng kim loại mà bánh xe ô tô lại là cao su?

Bạn có bao giờ thắc mắc điều thú vị như vậy chưa? Hóa ra câu trả lời liên quan khá nhiều đến các lý thuyết vật lý. Vì xe lửa hay tàu hỏa yêu cầu ít ma sát hơn nên chúng có bánh xe kim loại, trong khi ô tô đòi hỏi độ ma sát cao vì vậy chúng cần lốp cao su.

Xung quanh chúng ta có đủ loại phương tiện giao thông với nhiều hình thức và yếu tố khác nhau. Các phương tiện giao thông khác nhau sử dụng các công nghệ khác nhau để hoạt động hiệu quả.

Nếu như xe hơi chạy trên đường sử dụng lốp cao su làm bánh xe thì xe lửa và tàu siêu tốc chạy trên đường ray sử dụng bánh xe kim loại mà không phải cao su.

Vậy tại sao lại sử dụng các loại bánh xe khác nhau cho các loại phương tiện giao thông khác nhau? Các yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến việc lựa chọn bánh xe là gì?

Bánh xe lửa
Bánh xe lửa.

Trước khi thảo luận về lý do, chúng ta hãy xác định một số yếu tố cần phải tính đến khi quyết định loại bánh xe nào nên được sử dụng. Hãy nhớ rằng có nhiều yếu tố đóng vai trò nhưng dưới đây là những yếu tố chính:

Ma sát là yếu tố quan trọng nhất để quyết định các phương tiện cần sử dụng loại bánh xe nào. Ma sát là một dạng của lực. Thông thường, ma sát xảy ra khi bề mặt của một vật tiếp xúc với bề mặt của vật khác. Mỗi vật tác dụng một lực lên bề mặt của vật kia theo hướng ngược lại với chuyển động của vật kia.

Chúng ta biết rằng ma sát càng thấp, tức là bề mặt hai vật tiếp xúc càng trơn thì chúng chuyển động qua nhau càng nhanh.

Các phương tiện khác nhau có nghĩa là chúng sẽ di chuyển với tốc độ khác nhau. Tốc độ của một thứ gì đó di chuyển và thời gian mà nó di chuyển với tốc độ đó đóng vai trò quyết định loại bánh xe sẽ được sử dụng.

Tùy vào địa hình mà phương tiện đi qua, chúng sẽ cần sử dụng các loại bánh xe khác nhau để phù hợp.

Xe lửa di chuyển một quãng đường dài với tốc độ cao trong khi phải chở một khối lượng hàng hóa và con người rất lớn. Vì vậy việc lựa chọn bánh xe phù hợp là điều không hề đơn giản.

Trước hết, ma sát cần phải nhỏ nhất đối với các bánh xe lửa. Một đoàn tàu di chuyển trên những đường ray hoàn toàn đồng đều và trơn tru. Vì không có va chạm hoặc lỗ thủng trên tuyến đường, mục tiêu của đoàn tàu là duy trì tốc độ cao.

Xe lửa có thể duy trì tốc độ cao nếu có rất ít ma sát giữa bánh xe và đường ray. Điều này là nhờ bánh xe được làm bằng kim loại nhẵn. Cả đường ray và bánh xe đều được làm bằng kim loại, được mài nhẵn với nhau. Nó sẽ giúp làm giảm ma sát. Trên thực tế, người ta thấy ma sát giảm 85% -99% khi bánh xe thép được sử dụng trên đường ray thép.

Xe lửa không cần phải dừng đột ngột vì chúng chứa nhiều trọng lượng và động lượng. Vì lý do này, xe lửa không cần bánh xe tạo ra ma sát. Đó là lý do bánh xe kim loại được chọn để giảm ma sát và duy trì tốc độ cho xe lửa.

Ngược lại bánh xe cao su đòi hỏi một lượng năng lượng rất cao để di chuyển. Hầu hết năng lượng và lực được tạo ra từ động cơ ô tô sẽ làm cho các bánh xe cao su quay.

Bây giờ nếu bánh xe của đoàn tàu được làm bằng cao su, động cơ sẽ cần một năng lượng/lực cực lớn để làm cho đoàn tàu chuyển động vì trọng lượng của nó rất lớn. Ma sát cũng tăng lên khi trọng lượng của một vật tăng lên. Nó khiến cho lốp cao su gây ra ma sát nhiều hơn.

Không giống như tàu hỏa chỉ chạy trên đường ray, ô tô hay bất kỳ phương tiện nào cũng phải đi trên đường. Ô tô sẽ phải đi qua nhiều địa hình khác nhau từ con đường xấu đầy ổ gà, bùn lầy đến đường nhựa trơn tru.

Địa hình không bằng phẳng cũng không phải là một thử thách bất thường đối với các phương tiện như xe hơi. Tất cả những tình huống này đòi hỏi chiếc xe phải bám chắc vào bề mặt mà nó đang di chuyển. Độ bám này chỉ đạt được nếu có đủ ma sát giữa bánh xe và địa hình. Chính vì vậy lốp cao su đáp ứng được tiêu chí tạo ra và duy trì được độ ma sát với địa hình.

 Lốp cao su đáp ứng được tiêu chí tạo ra và duy trì được độ ma sát với địa hình.
 Lốp cao su đáp ứng được tiêu chí tạo ra và duy trì được độ ma sát với địa hình.

Những con đường và vùng đất mà xe đi qua cũng liên tục làm hỏng lốp. Nhưng nếu thay đi thay lại bánh xe kim loại sẽ rất tốn kém. Lốp cao su tương đối rẻ để thay và tồn tại lâu hơn trong điều kiện khắc nghiệt như vậy.

Ô tô cũng cần phanh và dừng thường xuyên nhiều hơn so với tàu hỏa, vì vậy việc trang bị lốp cao su cũng giúp giải quyết vấn đề này.

Vì ô tô chỉ cần duy trì một tốc độ nhất định và không nặng như xe lửa nên lốp cao su không gây cản trở và phải mất công lấy đà, làm hao phí năng lượng của động cơ như đối với xe lửa.

Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến lý do tại sao xe sử dụng loại bánh xe nào nhưng quan trọng nhất vẫn là ma sát.

Vì tàu hỏa cần di chuyển với tốc độ nhanh liên tục với khối lượng lớn nên chúng cần ít ma sát hơn và việc sử dụng bánh xe kim loại là hoàn toàn hợp lý. Trong khi ô tô phải đi trên các địa hình không bằng phẳng và các loại đường cần độ ma sát cao nên dùng lốp cao su là hợp lý.

Gửi ý kiến của bạn
Tên của bạn
Email của bạn