Это не статья, не план урока, не материал для заучивания. Это попытка ответа на повседневный вопрос для внимательных и любознательных. Это расширенная трактовка одной из задач, предложенной ученикам 11-х классов на олимпиаде 12 ноября 2011 года в Национальном исследовательском ядерном университете МИФИ.
Однажды, переходя трамвайные пути, ученики обратили внимание на множество металлической пыли вокруг рельс. Сложилось впечатление, что рельсы шлифовали наждачным кругом. Зачем их шлифовали? Этот вопрос стал ещё более загадочным, когда сравнили рельсы трамвайных путей на поворотах с прямолинейными участками. Оказалось, что шлифование происходит только на поворотах. На прямолинейных участках никакой металлической пыли не было. Изучение непонятного явления решено было отложить до осмотра железнодорожных магистралей. Когда такой осмотр был проведён, то оказалось, что железнодорожные пути всюду чистые, металлической пыли нет ни на поворотах, ни на прямолинейных участках. Более того, никто не видел, чтобы рабочие шлифовали где-либо трамвайные рельсы. Следовательно, металлическая пыль могла появиться только от трения колёс о рельсы. Исследование продолжили осмотром автомобильных дорог. Если автомобильная дорога похожа на трамвайный путь, то надо ожидать либо повышенное количество перетёртого асфальта на поворотах дороги, либо повышенное количество резиновой пыли от покрышек автомобилей. Ни асфальтовой, ни резиновой пыли на поворотах автомобильных дорог не было.
Что же такое особенное есть в трамвайном пути, что заставляет колёса тереться о рельсы на поворотах подобно наждачному кругу? Но почему тогда колёса железнодорожных вагонов не трутся о рельсы, как и колёса автомобилей? Поиск ответов на эти вопросы превратился в исследовательскую работу с формулировкой и решением конкретной научно-технической задачи.
Сначала провели натурный эксперимент, прокатившись целой группой заинтересованных исследователей на трамвае. При поворотах трамвая все внимательно слушали шум колёс. Трутся! Ещё как трутся, несмотря на замедление движения на повороте. После трамвайной поездки проехали на электропоезде, при этом особо обращали внимание на шум колёс при поворотах железной дороги. Сильного скрипа слышно не было, хотя небольшое шуршание, трение всё-таки наблюдалось.
Экспериментальные данные получены. Наступило время объяснить их теоретически. Для этого сначала ознакомились с устройством железнодорожной вагонной пары. Информацию о колёсной паре найти очень легко, если в любой поисковой системе Интернета набрать соответствующие термины. Сразу же с первого раза обнаружили необходимый государственный стандарт ГОСТ 4835-80 “Колёсные пары для вагонов магистральных железных дорог колеи 1520 (1524 мм). Технические условия”. Из этого государственного стандарта выбрали существенную информацию для исследования непонятного пока явления. Прежде всего поразил рисунок с типовыми размерами и формами колёсных пар, который приводится ниже без малейших изменений, в том числе с сохранением нумерации в брошюре государственного стандарта.