วิทยาศาสตร์ในรางรถไฟ! สร้างทางรถไฟซับซ้อนกว่าที่คิด

          สวัสดีค่ะน้องๆ ชาว Dek-D.com แม้ว่าตอนนี้สายการบินโลว์คอสจะออกมาเรียกลูกค้าด้วยโปรโมชั่นถูกแสนถูกทุกเดือน แต่คนส่วนใหญ่ก็ยังนิยมการเดินทางด้วยรถไฟ เพราะขั้นตอนไม่ยุ่งยาก มีเส้นทางหลายสาย ที่สำคัญคลาสสิคด้วย ถ้าใครไม่รีบเร่ง ลองเดินทางด้วยรถไฟดูสักครั้ง ก็ชิวดีนะ
          กว่าจะเป็นรถไฟให้เราได้ขึ้นทุกวันนี้ ไม่ใช่สร้างกันง่ายๆ เหมือนรถไฟของเล่นที่หยิบมาวางบนรางแล้วมันก็วิ่งได้เลย แต่มันมีเรื่องวิทยาศาสตร์เข้ามาเกี่ยวข้องเยอะแยะเลยค่ะ
 

 

   รางรถไฟเป็นแบบไหน
         รางรถไฟประดิษฐ์ขึ้นครั้งแรกตั้งแต่ศตวรรษที่ 15 สร้างโดยชาวเยอรมันค่ะ เริ่มแรกจะใช้ไม้ท่อนหรือแผ่นไม้วางแนวขวาง แล้วนำไม้อีก 2 ท่อนมาวางประกบให้ตั้งฉากกับท่อนไม้ที่วางขวาง ต่อมาปี ค.ศ.1603 รางรถไฟเริ่มมีลักษณะมีร่องเว้าลงไปเพื่อไม่ให้ตกราง แต่ด้วยความที่ไม้มันสึกกร่อนง่าย ต่อมาก็เลยใช้เหล็กแผ่นบางๆ ปูบนไม้อีกทีหนึ่ง
        รูปร่างของรางรถไฟไม่ได้อยู่นิ่งกับที่ พูดง่ายๆ คือมีการพัฒนาเรื่อยๆ จากที่ช่วงแรกเป็นร่อง ต่อมาเปลี่ยนเป็นรางรูปตัวแอล (L) จนถึงปี ค.ศ.1837 มีการปรับจนมีรูปร่างคล้ายปัจจุบัน โดยเป็นรางรูปตัวไอ (I) และน้ำหนักรางรถไฟก็ยังมีหลายขนาด  โดยทั่วไปใช้ 30, 37, 40 และ 50 กิโลกรัม
       รางรถไฟจะประกอบไปด้วยรางเหล็กวางขนานต่อกันบนไม้หมอน ซึ่งวางตั้งฉากกับรางไม้หมอน วางอยู่บนชั้นก้อนหิน โดยมีคันดินเป็นฐานรองรับ
      

 

     ทำไมรางรถไฟ มีแต่ทางเรียบๆ ไม่ค่อยขึ้นเนิน

        ที่เป็นเช่นนี้ก็เพราะว่า รถไฟมีน้ำหนักมาก ถ้าทางลาดชันจนเกินไป รถจักรจะไม่สามารถลากจูงรถขบวนยาวๆ ขึ้นไปตามเนินเขาได้ เพราะความฝืดระหว่างล้อรถกับรางมีน้อย ไม่เหมือนรถยนต์ส่วนตัวคันเล็กๆ ที่เหยียบคันเร่งนิดเดียวก็ขึ้นสะพานได้เลย

         ทางรถไฟส่วนใหญ่จึงเป็นที่ราบ หากเจอภูมิประเทศที่สูงต่ำไม่เท่ากัน ก็จะต้องปรับทางให้เสมอกันก่อน พูดง่ายๆ ว่า ทางที่ต่ำไปก็จะถมให้สูงขึ้น แต่ถ้าทางสูงเช่นตามภูเขา ก็จะตัดเป็นช่องหรืออุโมงค์ให้ลอดผ่านไป เหมือนอุโมงค์ขุนตาลนั่นเอง นอกจากนี้ทางรถไฟก็ทำเป็นทางโค้งได้ด้วยนะ แต่ก็มีข้อแม้ว่าต้องทำให้วงโค้งกว้างมากที่สุดเท่าที่จะทำได้ เพื่อให้รถไฟวิ่งได้ด้วยความเร็วสูงตลอดทางอย่างปลอดภัย
 

ทางรถไฟ เน้นทางเรียบๆ

   ทำไมราง(เหล็ก) รถไฟต้องเป็นท่อนๆ
         หากน้องๆ สังเกตรางรถไฟ ส่วนที่เป็นเหล็ก จะเห็นว่ารางจะแบ่งออกเป็นท่อนๆ มีช่องว่างเล็กน้อย ไม่ได้ยาวต่อเนื่องจากกิโลเมตรแรกไปจนถึงปลายทาง ที่เป็นเช่นนี้ก็เพราะว่า ป้องกันการขยายตัวและหดตัวเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลงนั่นเอง
         รางรถไฟโดยทั่วไปจะแบ่งออกเป็นท่อนยาว 20-25 เมตร ทำด้วยเหล็กกล้ามาวางต่อกันไปตามทาง ซึ่งฤดูหนาวในเขตประเทศหนาวจัดๆ อุณหภูมิอาจลดลงไปได้ถึงติดลบ 25 องศาเซลเซียสเลยค่ะ ส่วนฤดูร้อนในเมืองร้อนก็อาจทำให้อุณหภูมิสูงขึ้นถึง 60 องศาเซลเซียสเลยทีเดียว อุณหภูมิที่ต่ำติดลบและสูงจนระอุขนาดนี้ จะทำให้รางรถไฟขยายหรือหดตัว หากเหล็กขยายตัวจนรางเบียดโค้งงอ รถไฟอาจตกรางได้เลยนะคะ เขาถึงสร้างรางรถไฟให้เป็นท่อนๆ ให้มีช่องว่างจุดเชื่อมต่อนั่นเอง และขนย้ายได้สะดวกด้วยค่ะ
         แต่ต้องบอกก่อนว่า เทคโนโลยีก็ไปไกลแล้วค่ะ เดี๋ยวนี้ก็มีวิธีแก้ไขปัญหาหดและขยายตัวของ

รางแล้ว ทำให้ไม่ต้องเว้นระยะท่อนเหล็กเหมือนแต่ก่อน โดยการยึดรางให้ติดแน่นกับหมอนรถไฟด้วยอุปกรณ์ที่เรียกว่า "สมอ" และ "คลิป" ซึ่งเป็นเครื่องยึดเหนี่ยวรางแบบสปริง ดังนั้น ต่อให้ฝนตกฟ้าร้อง อากาศจะร้อนหรือหนาวแค่ไหน รางก็จะมีความยาวเท่าเดิมเพราะถูกยึดไว้แน่นแล้ว
 

        และเช่นเคย อะไรที่แปลกๆ หาดูยากๆ พี่มิ้นท์มีคลิปประกอบอยู่แล้ว วันนี้ก็เลยขอเอาคลิปการสร้างรางรถไฟมาฝากน้องๆ ค่ะ

 

ขอขอบคุณข้อมูลและภาพประกอบจาก
หนังสือสารานุกรมวิทยาศาสตร์ เล่ม 5 สำนักพิมพ์นานมีบุ๊คส์พับลิเคชั่นส์,
สารานุกรมไทยสำหรับเยาวชน http://kanchanapisek.or.th/kp6/sub/book/book.php?book=4&chap=7&page=t4-7-infodetail04.html,
www.youtube.com/watch?v=qFE8nmKpmXY,
www.cranleigh.co.uk/freight-industry-news/Freight-and-Haulage/Bosses-call-for-Felixstowe-railway-to-be-freight-orientated/801319972/,
http://miriadna.com/preview/wood-railway,
www.constructionweekonline.com/article-25880-oman-to-award-railway-contracts-this-year/,
http://good-wallpapers.com/places/24111