Článek
Malý výkon není problém
Legendární Eurostar dosahuje výkonu pouze 22 koňských sil na tunu. To je pro představu asi stejná hodnota, jakou by disponoval plně naložený trabant. Tedy - nic ohromujícího. Přesto Eurostar dokáže uhánět po kolejích rychlostí přes 300 km/h. Zatímco trabant bude mít problém to vytáhnout na sedmdesátku. Proč?
Jednoduše řečeno - je to způsobeno nízkým odporem. Zatímco trabant (a jakýkoliv jiný automobil) je v kontaktu s vozovkou prostřednictvím gumových pneumatik, vlak se dotýká kolejí jen skrz malé plošky kovových kol. Ve srovnání s jeho hmotností to může působit až děsivě, ale průměrná lokomotiva je v kontaktu s drahou na ploše, která se rovná velikosti asi dvou dvacetikorunových mincí. Navíc je to kontakt mezi dvěma kovovými předměty. Tření je při něm menší, než když přejíždíte prstem po okenní tabulce.
Nízký valivý odpor vysvětluje, proč je vlak schopen uhánět po rovině velkou rychlostí. V podstatě jediná síla, která vlak brzdí, je aerodynamický odpor. Jakmile se ten vyrovná tažné síle motoru, dosáhl vlak své maximální rychlosti. A proto může Eurostar uhánět až přes 300 km/h.
A co ten prokletý kopec?
Horší je to, když se začne terén zvedat. V takovém případě vlak nemusí překonat jen aerodynamický odpor, který se navíc s klesající rychlostí snižuje, ale hlavně musí bojovat s vlastní hmotností. Omezené množství poháněných náprav lokomotivy nemá dostatek adheze, aby to vlak se všemi vagóny vytlačilo do kopce. Čím je stoupání strmější a vlak, resp.jeho vagóny, těžší, tím kola více prokluzují. V takových chvílích se malé plošky, kterými je vlak v kontaktu s kolejemi, rázem promění z velké výhody ve velkou nevýhodu. Vlak zpomalí a nakonec zastaví. Zatímco trabant podřadí, klidně na jedničku, ale pokračuje vesele dál.
Nejstrmější trať u nás, železnice z Tanvaldu do Harrachova, má na 7 kilometrech převýšení asi 230 výškových metrů. Pro auta běžný kopeček. Vlaky ale měly s takovým převýšením bez pomoci potíže. Trasa je proto jedinou ozubnicovou železnicí v Česku. Bez užití ozubených kol a hřebene v kolejišti se lokomotivám jen protáčela kola.
A problém se netýkal pouze cesty nahoru. Také zpomalování bylo obtížné. To nakonec platí i na rovných úsecích. Malé kontaktní plochy pak vysvětlují i to, proč těžkému vlaku tak dlouho trvá, než zastaví. A to si strojvedoucí může pomoci tzv. pískováním, kdy - zjednodušeně řečeno - posype koleje pískem, aby zvýšil tření mezi kolem a kolejnicí. Je to podobné, jako když vám u moře uvízne zrnko písku mezi zuby. To skřípání je stejně odporné.
A co ty tramvaje?
Ve městech ale přece jezdí tramvaje i do kopce, říkáte si. Třeba takový výjezd z Klárova na Chotkovy sady na Letnou má v průměru ještě větší sklon než ona trať do Harrachova. A tramvaje ho bez problému zvládnou vyjet nahoru i sjet dolů. Proč? Je tomu tak vlastně že dvou důvodů. Zaprvé je tramvaj lehčí než vlak. Proto na ni při prudším stoupání nepůsobí tak velká síla, která by ji tlačila s kopce dolů. I menší přilnavost tak postačí ke zdolání většího kopce a také k bezpečnému zpomalení při jízdě dolů.
Dalším a o dost podstatnějším rozdílem je poměr poháněných náprav ve vztahu k celkové hmotnosti. Zatímco vlak má tento poměr vcelku nízký; poháněna je jen lokomotiva a těžké vagony se pouze „vezou“, tak u tramvaje je tomu zcela jinak. Trakce přechází na koleje zpravidla skrz všechny nápravy, což dává tramvaji lepší možnosti přenosu výkonu na podložku. V konečném důsledku to pomáhá tramvajím úspěšně zdolat i větší stoupání ve městech.
V metropolích s prudkými kopci jezdí často tzv. „cable cars“. Tedy vozy na tažných ocelových lanech. Ty se pohybují zpravidla na krátkých kopcovitých tratích. Ikonické jsou zejména ty v San Francisku.
Ale také tramvaje bez lan zvládají velká stoupání. Do poloviny šedesátých let jezdily v kanadském Montrealu vozy bez pomoci lan na trati o sklonu 14 %. A v Lisabonu tak zdolávají kopce až do sklonu 12 % dodnes.
I když na slavných vyhlídkových jízdách na kopec Bica se bez lan také neobejdou.
Zdroje:
BBC Earth Science, Why Can't Trains Go Uphill? | James May's Q&A | Earth Science, https://www.youtube.com/watch?v=KbUsKWbOqUU
https://bathtrams.uk/trams-in-other-cities/can-trams-climb-steep-gradients-bath-winter/
