ทำไมรถไฟถึงใช้ล้อโลหะและรถยนต์ใช้ยางล้อ?

ยานพาหนะมีหลายรูปทรงและหลายรูปแบบ และแต่ละประเภทใช้เทคโนโลยีที่แตกต่างกันเพื่อให้ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ ตัวอย่างเช่น รถยนต์และรถบัสที่เดินทางบนถนนใช้ยางล้อ ในขณะที่รถไฟและรถไฟใต้ดินที่วิ่งบนรางใช้ล้อโลหะ เหตุผลที่อยู่เบื้องหลังตัวเลือกต่างๆ เหล่านี้มาจากปัจจัยสำคัญประการหนึ่ง นั่นก็คือ แรงเสียดทาน

แรงเสียดทานคืออะไร?

แรงเสียดทานคือแรงที่เกิดขึ้นเมื่อพื้นผิวทั้งสองสัมผัสกันเพื่อต้านทานการเคลื่อนที่ ยิ่งพื้นผิวสัมผัสเรียบมากเท่าใด แรงเสียดทานก็จะน้อยลงเท่านั้น ซึ่งช่วยให้เคลื่อนที่ได้เร็วขึ้นโดยสัมพันธ์กัน

เมื่อพิจารณาการออกแบบยานพาหนะ แรงเสียดทานมีบทบาทสำคัญ ความเร็วที่ยานพาหนะเดินทางและประเภทของภูมิประเทศที่ครอบคลุมมีอิทธิพลอย่างมากต่อประเภทของล้อที่ต้องการ

ทำไมรถไฟถึงใช้ล้อโลหะ?

รถไฟได้รับการออกแบบให้เดินทางด้วยความเร็วสูงในระยะทางไกลโดยบรรทุกสัมภาระจำนวนมหาศาล วิ่งบนเส้นทางที่เรียบและสม่ำเสมอ ช่วยให้รักษาความเร็วได้โดยมีแรงเสียดทานน้อยที่สุด ล้อโลหะช่วยลดแรงเสียดทานได้มากถึง 85% ถึง 99% เมื่อเทียบกับวัสดุอื่นๆ เนื่องจากทั้งรางและล้อทำจากโลหะเรียบ ทำให้เคลื่อนที่ได้อย่างมีประสิทธิภาพและไร้แรงเสียดทาน

นอกจากนี้รถไฟไม่จำเป็นต้องหยุดกะทันหัน ด้วยน้ำหนักและกำลังอันมหาศาล พวกเขาต้องอาศัยโมเมนตัมเพื่อเคลื่อนที่ต่อไป ซึ่งหมายความว่าพวกเขาไม่ต้องการล้อที่สร้างแรงเสียดทานมากนัก ยางล้อซึ่งจะสร้างแรงเสียดทานมากขึ้น จะต้องใช้พลังงานมากขึ้นอย่างมากในการเคลื่อนย้ายรถไฟหนัก ซึ่งทำให้ใช้งานไม่ได้

ทำไมรถยนต์ถึงใช้ยางรถยนต์?

ในทางกลับกัน รถยนต์จำเป็นต้องเดินทางบนถนนและมักจะต้องรับมือกับภูมิประเทศที่ไม่เรียบและคาดเดาไม่ได้ เช่น หลุมบ่อและถนนลูกรัง เพื่อรับมือกับสิ่งนี้ รถยนต์จำเป็นต้องมีล้อที่ให้การยึดเกาะที่แข็งแรง ซึ่งสามารถทำได้โดยใช้ยางล้อ การเสียดสีระหว่างยางกับถนนช่วยให้รถมีแรงยึดเกาะที่จำเป็นในการขับขี่อย่างปลอดภัยและราบรื่น

รถยนต์ต่างจากรถไฟตรงที่ต้องหยุดและสตาร์ทบ่อยครั้ง ยางล้อช่วยอำนวยความสะดวกในการหยุดและสตาร์ทอย่างรวดเร็ว ทำให้เกิดแรงเสียดทานที่จำเป็นสำหรับการขับขี่อย่างปลอดภัย นอกจากนี้ ยางล้อยังมีราคาถูกกว่าและเปลี่ยนได้ง่ายกว่าล้อโลหะ ทำให้เป็นทางเลือกที่เป็นประโยชน์มากขึ้นสำหรับรถยนต์ที่สึกหรอเป็นประจำ

สรุป: แรงเสียดทานเป็นตัวกำหนดการออกแบบล้อ

โดยสรุป แรงเสียดทานเป็นปัจจัยที่สำคัญที่สุดที่มีอิทธิพลต่อการออกแบบล้อสำหรับยานพาหนะประเภทต่างๆ รถไฟซึ่งจำเป็นต้องเคลื่อนที่อย่างรวดเร็วเมื่อบรรทุกของหนัก จะใช้ล้อโลหะเพื่อลดแรงเสียดทาน รถยนต์ซึ่งต้องเคลื่อนที่ไปตามภูมิประเทศที่หลากหลาย ต้องใช้ยางเพื่อเพิ่มการเสียดสีและปรับปรุงการยึดเกาะ