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 třením. Zatímco trabant (a jakékoliv jiný automobil) je v kontaktu s vozovkou za pomoci 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.
To vysvětluje, proč je vlak schopen uhánět po rovině velkou rychlostí. Minimální tření má za následek to, že 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. Ta jej naopak v rychlosti omezuje o to víc, o co je kopec strmější. V takových chvílích se malé plošky, kterými je vlak v kontaktu s kolejemi, projeví naplno. Kola se začnou protáčet. 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 metrů. Pro auta normální kopeček. Vlak by ale takové převýšení bez pomoci nepřekonal. Trasa je proto jedinou ozubnicovou železnicí v Česku. Bez užití ozubených kol a hřebene v kolejišti by se lokomotivám jen protáčela kola.
A problém by neměly pouze při cestě nahoru. Také zpomalování by bylo obtížné. To nakonec platí i na rovných úsecích. Malé tření tak vysvětluje 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.
Ale co tramvaje?
Ve městech ale přece jezdí tramvaje i do kopce. Třeba takový výjezd z Klárova na Chotkovy sady na Letnou má ještě větší sklon než ona trať do Harrachova. A tramvaje ho bez problému zvládnou na horu i dolů. Proč? Jednoduše proto, že jsou lehčí než vlaky. Proto na ně při prudším stoupání nepůsobí tak velká síla, která by je tlačila s kopce dolů. I menší tření tak postačí ke zdolání většího kopce a také k bezpečnému zastavení.
Dalším rozdílem je poměr poháněných náprav ve vztahu k celkové váze. Zatímco vlak má tento poměr vcelku nízký; poháněna je jen lokomotiva a vagony se pouze „vezou“. Tak u tramvaje je tomu zcela jinak. Poháněny jsou zpravidla všechny nápravy a nezřídka jsou stroje vybaveny ještě zrychlovači, aby stačily dynamice městského provozu. To všechno pomáhá tramvajím lépe zdolat stoupání ve městech.
V městech 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 tramvaje bez pomoci 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/
