NoPちゃん、仕事に行くときは電車を使って言ってるんだけど、電車の揺れって眠くなるよね。
よく帰りに寝過ごすこと多いから困ってるんだ。
そもそも、電車が揺れるのって線路に隙間があるからなんだよね。でもその隙間ってなんであるの？
少しでも安くするため？修理しやすいから？
じゃあ調べてみよう！電車のレールに隙間があるのはなぜ？暑さで伸びる鉄と継ぎ目の仕組み！
結論
結論から言うとレールが気温によって伸びたり縮んだりするからです。
金属も温度で伸び縮みする
鉄などの金属は、温度が上がると少し長くなります。
反対に、温度が下がると少し短くなります。
この現象を、
熱膨張
といいます。(ガラスの記事でも出てきましたね)
変化は非常に小さいため、短い金属ではほとんど気になりません。
ところが鉄道のレールは何十メートル、何百メートル、さらに線路全体では何kmも続いています。
そのため、小さな膨張でも積み重なると無視できない長さになります。
夏のレールは伸びる
真夏になると、レールは太陽の光を受けてかなり高温になります。
気温が30℃程度でも、直射日光を受けたレールの温度はさらに高くなることがあります。
するとレールは膨張し、長くなろうとします。
もしレールを完全に隙間なく並べていたら、伸びるための場所がありません。
するとレール同士が強く押し合います。
その力が大きくなりすぎると、
レールが横方向へ曲がる
ことがあります。
これを、
軌道の座屈
などと呼びます。
線路が変形すれば、当然安全な運行ができなくなります。
冬は逆に縮む
冬になるとレールの温度が下がり、今度は短くなろうとします。
そのため、昔ながらのレールでは、つなぎ目の隙間が夏より冬のほうが大きくなることがあります。
つまりレールの隙間は、
夏に伸びるための余裕をあらかじめ確保している
わけです。
電車の「ガタンゴトン」はこの隙間？
昔の鉄道で聞こえた、
「ガタン、ゴトン」
という規則的な音。
あの音の大きな原因の一つが、レールの継ぎ目でした。
車輪がレールとレールのわずかな隙間を通過するときに振動が発生し、それが車内まで伝わります。
そのため、レールの継ぎ目が多い線路では規則的な音が発生していました。
最近の線路には隙間が少ない？
現在では、
ロングレール
と呼ばれる非常に長いレールが広く使われています。
レール同士を溶接して長くつなぐことで、継ぎ目を大幅に減らしています。
その結果、
- 電車の揺れが少なくなる
- 走行音が静かになる
- レールや車輪への衝撃が減る
- メンテナンスする継ぎ目が減る
といったメリットがあります。
では、ロングレールは熱膨張しても大丈夫なのでしょうか。
長いレールはどうやって伸びるのを防ぐ？
ロングレールでは、レールを枕木などへ強く固定します。
すると温度が上がっても、レールが自由に伸びることができません。
その代わり、伸びようとする力がレール内部の圧縮力として蓄えられます。
冬には逆に、縮もうとする力が引っ張る力として発生します。
こうした力を想定して、
- レールを強く固定する
- 適切な温度で敷設する
- 線路の状態を点検する
などの管理が行われています。
つまり現代の線路では、
「隙間を作って伸びを逃がす方法」と「強く固定して伸びを抑える方法」
の両方が使われています。
橋にも似た仕組みがある
実は、温度による伸び縮みを考えているのは鉄道だけではありません。
大きな橋にも、
伸縮装置
と呼ばれる仕組みがあります。
車で橋を走っていると「ガタン」とする部分がありますが、その一部は橋が温度によって伸び縮みできるようにするための継ぎ目です。
長い構造物ほど、わずかな熱膨張でも大きな変化になります。
まとめ
電車のレールに隙間がある理由は、
暑くなると鉄が膨張して長くなるからです。
もしレールに伸びる余裕がなければ、夏の暑さによってレール同士が押し合い、線路が曲がってしまう可能性があります。
そのため昔ながらの線路では、レールの間にあらかじめ小さな隙間を作っています。
一方、現在ではレールを溶接した「ロングレール」も多く使われていて、こちらはレールを強く固定することで熱膨張による変形を防いでいます。
普段何気なく走っている線路にも、
季節による金属の伸び縮みまで計算した仕組み
が組み込まれているのです。
キーワード
電車 / レール / 線路 / 熱膨張 / ロングレール / 軌道 / 鉄道 / ガタンゴトン
※本記事では、文章作成および画像生成の一部にAIを活用しています。
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