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こんにちは。今テスト勉強をしているのですが、わからない事があります。
電車ってなんであんなに細いレールの上を脱線しないで走っていられるのですか?
物理学的に説明してくれてもokです。

ちなみに私は工学部在学中の者です。
みなさんヨロシクお願いします。

A 回答 (6件)

まえに似たような質問がありました。


幅と重心の関係になりますが、
結局は「重さ」でささえているということになるようです。

参考URL:http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=58465
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No.3 noribou11さんで、回答されていますが、一部付け足します。


レールの敷設は、垂直に対して内側に傾けてあります。
レール頭部は上が狭い台形をしていて、軌道内側の面が垂直になるように敷設するのです。
これにより直線部における安定走行を図っています。
車輪のせり上がりを防止しています。

次に、曲線部では、内側よりも外側を高くする→カント。レールの幅を広げる→スラック。を路線の規定値に沿って敷設します。これにより曲線部での車輪のせり上がりを防止しています。
曲線部を通過する車輪は遠心力によって、スラックの範囲内で外側に移動します。これにより、レール上にある円錐形の車輪のレールと接する位置の違いで、左右の車輪径が変化することになります。(外側の車輪径が大きくなる→きしまずスムーズに曲がることができる。)
自動車と違って電車の車輪は左右同じ回転構造になっていますから、このような構造になっているのです。
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もちろん車輪の形状も貢献しています。


車輪の形状は平べったい形ではなく、内側に出っ張りというかシルクハット状につばが出ていますよね。
これが2本のレールの内側にあるわけですから、車軸が物理的に狭まらない限りレールから外れることはありません。
以前東京の列車が脱線したことがありましたが、あれは列車の重量の片よりと速度、カーブの度合いが悪い方へ重なり、そのつばがレールを乗り越えてしまったためと聞きましたが。
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列車の車輪って前方から見ると円錐型なんです。


左右の大きさが異なる車輪を転がしたらどうなりますか?
答えは小さい車輪の方向へまわりますよね。
列車の旋回はこれを利用しているんです。
したがってカーブ走行時の車輪は同じ径で回っているのではなく
内側は小径、外側は大径になるわけです。レールは細くとも、それと同じ太さの
車輪があるのではないので脱線する心配がないんですね。
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電車の車輪は、常にレールの内側に入り込もうとし続けています。


車輪は内側にカットされた形になっているので、
レールの上を滑って斜め下にずれこもうとするわけです。
それが両輪で起こっています。

したがって、レールそのものは細いんですが、
実際には幅1m80cmの間に電車が挟まってる感じになるんですね。
決して、レールの細い上に乗っかっているわけではないので、
脱線しないわけです。
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あれはですね、カーブの時、


線路はカーブの外側の方が高くなっています。
高速道路とかでも、外側が高くなっていて、坂になっていますよね。
それから、電車の勢いと遠心力で、
外へ進もうという力が働くのですが、
遠心力で車輪と車体がうまいことずれて、
カーブの時は車体が内側へ向くんです。
それで、外側へ働く遠心力と、
内側へ働く車体の重力とが相殺されて、
脱線せずにカーブを曲がれるというわけです。
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