親子におすすめの新型プラネタリウムとは?

以前から素朴な疑問として感じていた事があります。

貨物列車なんですが、蒸気やディーゼル、あるいは電気などを動力とする機関車が先頭となって長い列車を引っ張りますよね。

特殊な状況は別として、平地を走る貨物列車の場合は、大体1台の機関車で引っ張っていると思います。

長い場合だと数十両の列車編成になりますが、その総重量は数百トンから場合によっては千トン超になるんでしょうか ・・・ 最近のコンテナは軽いでしょうが、タンク車とか重量物運搬車の場合は相当な重量になるように思います。

この超ヘビー級の貨物列車を引っ張る機関車の重量は重くても100トン前後でしょうか ・・・

この程度の車重しかないわけですから、ちょっと考えると、「発車オーライ」 と前進しようとしても、どう頑張っても、あまりの重さで機関車の動輪がレール上で空回りするだけのように思うのですが、なぜ前進できるのでしょうか?

機関車のパワー > 貨物列車の全重量
機関車の動輪がレール上で発生する摩擦力 > 貨物列車の全摩擦力

この2点がクリアしないと1cmも動く事は無いように思えるのですが ・・

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A 回答 (13件中1~10件)

良くこの素朴な疑問に気が付かれましたね。


発車の時に「ガタガタガタガチャーン」と音がしているのに気が付きませんでしたか。
連結部分に少し遊びがあり、発車のときにこの遊びの部分で音が出ます。
抵抗で一番大きいのは静止物を動かす瞬間です。一度動くと動摩擦力は小さくなります。
従って、初めの車両から1車両ずつ動いていくから、長い車両を機関車は引っ張ることができます。
最近の電車にはこの「遊び」部分がないので発車時に「ガタガタガシャーン」はありません。
動力車が多いためです。
国鉄OBの父に昔この事を聞かされました。
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この回答へのお礼

有難うございました。
ふ~む、連結器の「遊び」が大きな要素になっているんですねえ。
考えると、セ~イノ、で一気に発車するのではなく、連結器がガチャン、ガチャンと鳴りながら徐々に前進して行っていると思います。
このシーンが大事なんですね。

でも次の謎なんですが、連結器って蒸気機関車が発明された時から存在したわけではないように思うのですが、もしそうだとすると、当時はどうやって発車していたんでしょうね。 ちょっと気になりました。

お礼日時:2007/10/27 13:15

ここではレールの上を車輪の付いた列車が走っていることを考えましょう。

以下は大変大雑把なお話しです。細かいことがご自身で修正して下さい。
1.摩擦力が F=μW と書けることはご存じですね。
. μは摩擦係数です。摩擦係数には数種類あります。静摩擦係数、動摩擦係数、転がり摩擦係数、その他です。
2.貨車が沢山繋がっていますが、空の貨車の重量は10トンから50トンぐらいと考えます。荷物が積まれているので、平均で、40トンと仮定します。
3.貨車が50両つながれていると考えると、総重量は2000トンです。
4.走っているときの摩擦係数は、転がり摩擦係数を使いますから、文献によると 0.005 程度です。
5.すると2000トンに転がり摩擦係数を掛けて、10トンが牽引に要する力です。
6.例えば、JRのEF66型電気機関車は牽引力は19トンです。
------
次に機関車がスリップするかどうかを考えます。
7.機関車がスリップする瞬間は、車輪は静止すると考えられますから、この時は静摩擦係数を使います。0.2 程度です。上記EF66型機関車の重量は100トンです。従って、スリップする限界は 100 x 0.2 = 20 ton です。
8.と言うことでここで仮定した貨物列車を牽引してもスリップはいたしません。
------
最初の疑問にお答えいたします。
貨車を牽引するに要する力は転がり摩擦で計算します。
機関車のスリップ限界は静摩擦で計算します。
転がり摩擦係数は静摩擦係数の20%-25%ぐらいです。
この差があるから、機関車の重量が、貨車全体の重量より小さくてもスリップは起こりません。
雨などでレールが濡れると静摩擦係数が下がり、スリップすることがあります。
この時は砂を撒いて摩擦係数を上げ走行いたします。
加速時や、坂道の考察は別にして下さい。

この回答への補足

皆様、詳しく解説して頂いて、有難うございました。
ただ連結器に関して次の疑問が生じてきましたので、今度は鉄道のカテで質問を出してみました。 
ご存知の方がおられたら、またお答え頂けるでしょうか? 宜しくお願いします。

補足日時:2007/10/29 11:06
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この回答へのお礼

有難うございました。
物理は苦手なんですが、何となく理解できたような気がします。
詳しい解説、とても感謝します。

お礼日時:2007/10/29 10:16

機関車の動輪はすべり摩擦、貨車、客車は転がり摩擦です。

テレビなどで見かけると思いますが、大勢の人が飛行機をひっぱて動きますよね。又、怪力の大男が重たいトラックを一人で牽引するなどと、いったん動き始めるとそんなに力が必要でなくなるということですね。
踏ん張って牽引しようとする力。それがすべり摩擦です。あとはもうお判りのように力(漢字)行で動くのです。
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この回答へのお礼

有難うございました。
少しでも動き始めたものは、そんなに大きなパワーは必要ないんですねえ。

お礼日時:2007/10/29 10:14

物理には素人同然です、昔、国鉄時代のころ吹田機関車区の近くへ行く事がありました、其の時蒸気機関車が数十両に貨車を引っ張って出発する所に出会いました、機関車の蒸気が激しく噴出し動輪(3個か4個か覚えていない)が激しくレールの上で数回空転してその後ゆっくりと動き出しました、「なるほど、引っ張るときは相当抵抗があるのだな、それだけに少しでも動き出すと、転がり摩擦が作用してスムーズに動けるのだな、それにしても蒸気機関車は”気合がは入っとったな”」と思いました、こんな事で理解の一助になるでしょうか。

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この回答へのお礼

有難うございました。
どんな重い物でも一旦動き出すと、そんなに大きな力は必要ないという事ですね。 逆に最初の動きには相当なパワーが要るという事でもありますね。

お礼日時:2007/10/29 10:12

ども。


ANo.5です。

>>仮に貨物列車の全重量が千トン超になったとしても、持ち上げるわけではないので、牽引する機関車にそんな巨大なパワーは必要ないという事になると思います。

ニュアンスとして理解されていると思います。

>>でも摩擦力に関して、機関車の動輪の摩擦力も限りなくゼロになるのではないかという疑問は残りました。 これだと、いくら頑張っても線路の上でツルツル滑るだけのような感じがします。

はい。では理論的にではなく置き換えて説明します。

タイヤを外した自動車があるとします。
これを一般的な斜面に置いたらどうなるでしょうか?

1.路面との摩擦で自動車は動かないですね。

2.では、タイヤを装着してブレーキ、ハンドブレーキを解除、ギヤもニュートラルにしたらどうなりますか?
路面との摩擦が小さくなる(自動車ボディと路面は接していないので摩擦はなくなりますね。)ので、自動車は重力の引っ張る力を借りて斜面を下りますね。→貨物列車が引っ張られた状態と同じ。

3.では、同様斜面でエンジンの力で走り出したら自動車はどうなりますか?斜面を登りますね。→機関車がけん引、走り出すのと同じ。

つまり、

1.の状態は摩擦が大きく動かない。
2.の状態はタイヤによって転がり抵抗が少なくなったので、小さな力でも動いた。
3.の状態はタイヤによって転がり抵抗が少なくなったので動いた上、エンジンの動力はタイヤと路面に摩擦力があるため、駆動力を路面に伝えることができ、前進した。

ということです。

貨物列車では、車輪によって転がり抵抗、「貨物」と「レール」間の摩擦が少なくなっているが、車輪とレールとの摩擦力は変わらない。
(貨物列車のブレーキをかければ、車輪とレール間の摩擦によって減速しますね。)

機関車では、車輪とレールとの摩擦力があることによって、動力をレールに伝えることができ、空転することなく前進する。
と、まとめるとこうなるでしょうか。

>>機関車の動輪の摩擦力も限りなくゼロになるのではないか

この疑問の答えは、動輪とレールの摩擦力はゼロではない。ただ転がり抵抗が少ない。ということですね。
車輪を取っちゃって機関車をレールの上に直接乗せて、滑車などを使って機関車自身を引っ張ったらそれは簡単には動かないですね。
車輪があり、転がり抵抗が少ないので機関車は容易に移動でき、車輪とレール間で摩擦力があるから車輪を回転させれば、動力がレールに伝わり進むということですね。

どうでしょうか?
まだ疑問点がありましたら、どうぞ遠慮なく。
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この回答へのお礼

再度のお答え、有難うございました。
高校時代は物理が本当に苦手だったのですが、一つ一つ、ゆっくりと考えながら読んでいくと何となく理解できたように感じがします。
車輪については、転がり抵抗と摩擦の両面から考えないといけないわけですね。
とても勉強になり、感謝します。

お礼日時:2007/10/29 10:10

鉄道のレールと車輪は互いに鉄でできていて、転がり抵抗が少ないことが逆に、駆動の際に車輪が滑るこになります。


鉄道の車輪とレールの間の摩擦は「粘着」と呼ばれ、レールの上を走る速度と、車輪の周速の差が小さい時には「粘着力」が働きます。この速度の範囲は非常にせまく、おおよそ1%以内といわれています。
そのため、走り初めに車輪の回転速度が速すぎると、滑って駆動力を得られません。1%以内の「粘着力」の働く狭い速度差の中で、徐徐に車輪の回転速度を上げて生きます。駆動していない車輪は、速度差がないので、
転がり抵抗の少ないままで周り出します。摩擦力=粘着力を補強するためには、車輪とレールの間に砂を撒いて摩擦を大きくすることもあります。
古い蒸気機関車時代は実際に撒いて駆動していました。
現在は、車輪の回転速度をセンサで検出し、速度差を最適にする電気的な制御方式を採用しているようです。時速300Kmを超えるとこの速度差の範囲がますます狭くなり、高速鉄道は粘着駆動の限界まできています。将来は
粘着駆動によらないり磁気浮上の方法で高速を得るように研究されています。
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この回答へのお礼

有難うございました。
なるほど、粘着力が1%を越えると動輪が空回りするんですねえ。
よく自動車のタイヤが砂の中にめり込んでしまって、いくらアクセルを踏んでもタイヤが空回りするだけというシーンがありますが、これなどは1%をはるかに越えている典型なんでしょうね。
鉄道の不思議が一つ一つ解明されてきました。

お礼日時:2007/10/29 10:02

>でも100両近くの編成になると、ガッシャン、ガッシャンと続けていって、あまりの長さでリズムが狂い、エネルギーが後方に伝わらなくなって、逆に途中で止まってしまう事はないのかなと感じてしまいました。



重量列車や区間区間での発進(引き出しといいます)の際には、圧縮引き出しという方法を使います。これは、一旦少し後退して列車の連結面の遊間を最小にしておいてから一気に加速して列車を引き出す(ガチャガチャの余裕が増える)方法です。
それでも、動き出している列車全体の転がり抵抗と動き出す瞬間の抵抗の和が大きいと引き出しできません。貨車、客車には牽引定数として、空車、実車の数字が記載されており、この総和より機関車の牽引定数が大きくなるように列車を仕立てています。

なお、それでも、引き出せない場合はあり、現在は廃止されていますが、夕張鉄道平和駅(すり鉢の底にあるような駅で両側に登り勾配がある)では、運炭列車を一旦逆方向に押し出した後、一気に勾配を下って加速を付けて反対側の勾配に挑むような運転が行われていました。

機関車の牽引力は、原動機の出力と車体の重量を動軸に分散した軸重によって軌道との間に生ずる摩擦力(粘着力といいます)で決まります。原動機出力だけを大きくしてもそれを有効に使える粘着力がないと空回りしてしまうので、死重をつむこともあります。
なお、軸重をむやみに大きくすると軌道が持たない(国鉄幹線だと16t位がMAX)ので、牽引力の限界もこの辺りから決まってきます。

なお、アメリカでは巨大なマイルトレインという1.6Km以上の長さの列車を引くこともあります。これは、軸乗30tを越える強靱な軌道に200tクラスの機関車(2両目以降は運転席がなく、無線操縦可能なブースター)を何両も連ねることで実現しています。これだけの列車でも、乗員は最小2名です。

なお、車輪のレール踏面には円錐形の勾配がつけられており、カーブなどではこれが移動することにより、軌道の行程差を吸収するようになっています。ですから、フランジ間はレール幅より狭く設定されており、通常、レールと車輪の接触部分はレールや車輪の表面よりかなり狭い幅(幅のある線状)となります(接地面を広くすると軸重が下がったのと同じになってすべってしまいます)。
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この回答へのお礼

有難うございました。
謎がほとんど解けたように感じます。
連結器の遊びが何かの理由でなくなった時、どうやって発車するのかなと思っていたのですが、逆に少しバックして遊びを意図的に作るわけなんですね。
もしこの連結器の遊びが無くなって全車両がピンと一つの固まりのような物になっていたら、いくら機関車が頑張ってもビクともしないでしょうね。

お礼日時:2007/10/29 09:58

またまた、好い気になった素人のNo.2です。



私の摩擦の考え方は、どうも間違っているような気がしてきました。
私の言っているのは、機関車のブレーキのような気がします。

貨車の車両は車輪とレールの摩擦を起こさないように、
車両を置くだけの形の車輪になっているのではないかと思うのです。
電気機関車の頭に、パンタグラフ?とかいうダイヤ型に折れた金属が乗ってますよね。
電気の通電の仕方で、磁石みたいな+と-が出来て、
引き合う力と反発する力が交互に発生して、
重い機関車が前進させられるとか・・・・?

それをレールの方位で処理したのがモノレール・・・とか。

ちょっと楽しかったので、勝手に想像してみました。すみません(*^.^*)。
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この回答へのお礼

有難うございました。
> 引き合う力と反発する力が交互に発生して、重い機関車が前進させられるとか・・
もしかして、これはリニアモーターの原理かも?

お礼日時:2007/10/29 09:53

No.2です。


コメントありがとうございました。

以前、アンビリーバボーという番組で、同じ話が2回も放送されたのをみました。
アメリカで、暴走した貨物列車を命がけで停める鉄道マン達の実話でした。
ものすごい加速度のついてしまったものすごく長蛇の貨物列車を、
大して大きくない力の機関車が、猛スピードでバックで追いかけていって、
最後部車両のジョイント部に機関車のお尻のジョイントをかませる挑戦でした。
物語の詳細は別にして、軌跡的に成功して停める事が出来ました。

そのジョイント部が如何に重要で、丈夫で、って話なのですが、
もし途中で伝達出来る力が減少してしまったとしても、
前進したい機関車はどんどん引っ張る力を送ってます。
仰るとおり、
ジョイントが壊れたり離れてしまわない限り、次の力が伝わってきますから、
ガシャンガシャンガシャン・・・・・・と
駄々こねた貨車も抵抗むなしく引っ張られていくと思います(^o^)丿。

そうそう、レールと車輪の摩擦ですが、
レールの巾間隔内法寸法より、車輪の巾間隔外寸が微妙に広めになっているようで、
きつめに嵌っているのだと思います。
レールの内側には車輪がこすった跡が線になって残っています。
(踏み切りで見ることが出来ます。)
ここに摩擦が起こっているのだと思います。

だからレールは、何年かして磨り減ったら交換するんですよね。
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この回答へのお礼

有難うございました。
へー、アメリカでそんな事故があったんですねえ。
不謹慎ですが、映画の題材にうってつけのような感じがしました。
でも、ジョイント部というのは鉄道で最も重要な部分なんですね。
これが無いと、貨物列車は1cmも動かないという事になりますよね。

お礼日時:2007/10/29 09:50

ども。



>>機関車のパワー > 貨物列車の全重量

とありますが、機関車は貨物列車の全質量を持ち上げるわけでないですよね。貨物列車の質量は重力方向、鉛直方向です。
機関車の牽引方向は、鉛直ではなく水平方向ですね。だから貨物列車の全質量を持ち上げるほどの牽引力は使っていないのです。

簡単な例を、
ここに100kgの冷蔵庫があり移動させることになりました。

方や冷蔵庫を鉛直方向に持ち上げて移動する。
方や台車の上に冷蔵庫を乗せけん引、移動する。

さてどちらの方が力が少なくて済むでしょうか?

物理学的に表現すると基本中の基本、ニュートンの運動の法則(第3の法則)があてはまります。

F=m・a

F:力(N)
m:質量(kg)
a:加速度(m/s^2)

力(N)は、1kgの質量の物体に働くとき、加速度の大きさが1m/s^2の加速度を与える力の大きさです。
加速度(m/s^2)は、1秒間で速度(m/s)がどれだけ増加するかを示すものです。(停止している場合は初速が0m/s)

ですので、停止状態から速度1m/s=3.6 km/hにするために必要な牽引力は、

F=100000(kg)×1(m/s^2)
=100000(N)
です。

これに対し垂直に持ち上げる力は、地球重力加速度9.8(m/s^2)以上の加速度を必要とするので、

F=100000(kg)×9.8(m/s^2)
=9800000(N)以上

と、約10倍以上の力で持ち上げないと動かないことになります。
実際には、
JR貨物機関車EF200では、

定格牽引力
F=261000(N)
100000(kg)貨物を1m/sまでに加速する場合
F=100000(N)

となり、速度は遅いですが、充分けん引できる力だということがわかります。


機関車の動輪がレール上で発生する摩擦力 > 貨物列車の全摩擦力

摩擦力について触れられていますが、機関車、貨物列車ともに車輪がついていますね。
貨物列車に車輪がある理由は、貨物を引きずるよりも摩擦を少なくする→摩擦を無くすことが目的ですね。先ほどの台車に乗せた冷蔵庫のように、地面との摩擦を限りなく0にするためです。
ですから確かに貨物列車は大きいので相当な摩擦力があり、動かないのかなと思いがちですが、実は摩擦は限りなく少ないと思います。

では機関車の動輪での摩擦力は?
ですが、長くなりましたので、他の方代わりにお願いします。
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この回答へのお礼

有難うございました。
理科系の頭ではないので、法則を理解するのは出来なかったのですが、要は同じ重量物でも、持ち上げるのと横方向にスライドさせるのとでは、求められるパワーが全然違うという事なんでしょうね。
たしかに、仮に貨物列車の全重量が千トン超になったとしても、持ち上げるわけではないので、牽引する機関車にそんな巨大なパワーは必要ないという事になると思います。

でも摩擦力に関して、機関車の動輪の摩擦力も限りなくゼロになるのではないかという疑問は残りました。 これだと、いくら頑張っても線路の上でツルツル滑るだけのような感じがします。
次のご回答を待ちたいと思います。

お礼日時:2007/10/27 13:35

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軽い (?) 機関車の重量とパワーで牽引できる理由は 「連結器の遊び」 にあると理解しました。

この遊びがあるために、ガッシャン、ガッシャンと一台づつ引っ張る事になり、数千トンの貨物列車を一度にセ~ノとやるわけではないようです。

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巧く説明できるかどうかわかりませんが……自動空気ブレーキについて簡単に原理をば。

機関車には、圧縮空気を作り出すコンプレッサが搭載されています。そして機関車とそれに連なる貨車は、MR管(元溜管)とBP管(ブレーキ管)で繋がっています。

【機関車】          【貨車】
コンプレッサ ━┳━ MR管 ━(補助空気ダメ)━┓
          ┃              (ブレーキ装置)
          ┗━ BP管 ━━━━━━━━━┛

まず圧縮空気を作り出し、MR管を通して各貨車の補助空気ダメを満タンにします。同じようにBP管にも圧縮空気を込めておき、満タンにしておきます。

ブレーキ装置には補助空気ダメ・BP管それぞれから圧縮空気を供給されており、補助空気ダメからの圧縮空気はブレーキパッド(制輪子)を車輪に押しつける方向に、BP管からのは車輪から離す方向にそれぞれ力を加えます。初期状態ではBP管からの圧力を強い状態としておくと、普段はブレーキは緩んだ状態となります。

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http://www.youtube.com/watch?v=urBtjHLY0RM

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一般論として、ごく簡単に説明しましょう。

バスやトラックに比べ、鉄道は、硬い鉄どうしですから、接地面積が少ない分、非常に転がり摩擦係数が小さいのです。
例えば、3000トンの貨車では、
3000トン×0.005(転がり摩擦係数)=15トン
つまり、牽引力が15トンを上回ると貨車を引っ張る事ができるのです。

次の機関車ですが、自重が100トンの機関車の牽引力は、
100トン×0.2(静止摩擦係数)=20トン
ですから、3000トンの貨車を引っ張る事ができます。

ですから、理論的には、機関車の重量と出力を増せば、重い荷を引っ張れる事になりますが、現実はさに有らず。
機関車の重量を増やすと、軌道に負担が掛かります。そこで、動輪の数を増やし、軌道への負担を分散させるようにします。
それでも、軌道の強度から、線区毎に軸重の負担上限の規格を設け、それより重い機関車は入線できないようにしています。

また、静止摩擦係数は、雨では低下しますし、色々な要因で、一つの動輪に負荷が掛かると、その動輪が空回りし、次々に動輪が空回り状態になると、最後は動けなくなります。
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一般論として、ごく簡単に説明しましょう。

バスやトラックに比べ、鉄道は、硬い鉄どうしですから、接地面積が少ない分、非常に転がり摩擦係数が小さいのです。
例えば、3000トンの貨車では、
3000トン×0.005(転がり摩擦係数)=15トン
つまり、牽引力が15トンを上回ると貨車を引っ張る事ができるのです。

次の機関車ですが、自重が100トンの機関車の牽引力は、
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ですから、3000トンの貨車を引っ張る事ができます。

ですから、理論的には、機関車の重量と出力を増せば、重...続きを読む

Q日本の電気機関車は早く走れないのでしょうか。

日本の電気機関車は早く走れないのでしょうか。

たてつづけに質問してすみません。

日本の電気機関車列車って加速、減速が悪いせいか
「機関車牽引の列車=遅い」というイメージが定着していると思います。

でも欧州の電気機関車はすごく加速、減速が日本の電車並みに
よかったです。
新型ディーゼル機関車も加速、減速がよかったです。

また欧州では客車にも運転台がありました。

終点に到着しても機関車のつけかえをせずに乗客をのせて
折り返し運転のとき、客車の運転席に運転士が乗務して
機関車が客車を後ろから
猛スピード(多分、時速150キロくらい?)で押して走ってました。

日本で例えるなら北海道のノロッコ号が客車を先頭にして
猛スピードで走ってるような感じです。

JR山の手線のような路線に機関車牽引、推進の普通列車が
電車の合間に走っててもダイヤを乱さないような感じでした。

オーストリアでは空港アクセス列車
(日本の「成田エクスプレス」や「スカイライナー」「ラピート」のようなもの)でさえ
機関車列車が素早く走るので驚きました。

日本で電気機関車が欧州のようにすばやく加速、減速したり、
機関車が後ろから猛スピードで客車を押して走ったら
危険とか技術的に無理なことなのでしょうか?

機関車列車ならこまめに増車、減車できるというメリットがあって
いいと思いますが。

日本の電気機関車は早く走れないのでしょうか。

たてつづけに質問してすみません。

日本の電気機関車列車って加速、減速が悪いせいか
「機関車牽引の列車=遅い」というイメージが定着していると思います。

でも欧州の電気機関車はすごく加速、減速が日本の電車並みに
よかったです。
新型ディーゼル機関車も加速、減速がよかったです。

また欧州では客車にも運転台がありました。

終点に到着しても機関車のつけかえをせずに乗客をのせて
折り返し運転のとき、客車の運転席に運転士が乗務して
機関車が客車を...続きを読む

Aベストアンサー

ヨーロッパで機関車牽引列車ががんがん走れるのは列車密度が低く、急曲線、急勾配が少なくて、軸重制限の緩い区間で粘着力が確保しやすいからです。
日本の首都圏や大阪圏で通勤列車の間を縫うような運用は難しいでしょう。この区間を走るときには前後を走る電車足を引っ張らないようにしなければなりませんが、機関車牽引ではどうがんばっても無理です。
加速・減速が良いと行っても、機関車牽引列車では常用加速はがんばって2.0Km/h/sくらい、減速の方は客車の貧弱なブレーキではそこまで行かないと思います。これでは、減速が思いっきり電車の足を引っ張ってしまい、ダイヤ編成の足かせになります。
客車に強力なブレーキ力を用意すれば可能ですが、そうであれば、電車を用意した方が簡単です。

さらに、日本の場合、狭軌で、軸重制限が大きいですから、使えるモーターの大きさに制限があるし、軸重も16t、F型で最大96t分の粘着力しかありません。電力環境もEF200がフル性能を発揮できないという状況です(これも列車密度が高いためです)。つまり、強力な機関車を作るのにも運用するのにも問題があると言うことですね。

>機関車列車ならこまめに増車、減車できるというメリットがあっていいと思いますが。
日本の鉄道では波動輸送以外のメリットは無いです。使えるとして天理臨とか金光臨などの宗教列車とイベント列車くらいでしょう。

とにかく、首都圏、近畿圏という世界にもほとんど例のない列車稠密区間がありますから、そこで使あには動力分散列車以外の手立ては無いんです。可能性としてはM250系電車(スーパーレールカーゴ)のような2両ずつのプッシュプル固定編成での長距離列車でしょうね。

ヨーロッパで機関車牽引列車ががんがん走れるのは列車密度が低く、急曲線、急勾配が少なくて、軸重制限の緩い区間で粘着力が確保しやすいからです。
日本の首都圏や大阪圏で通勤列車の間を縫うような運用は難しいでしょう。この区間を走るときには前後を走る電車足を引っ張らないようにしなければなりませんが、機関車牽引ではどうがんばっても無理です。
加速・減速が良いと行っても、機関車牽引列車では常用加速はがんばって2.0Km/h/sくらい、減速の方は客車の貧弱なブレーキではそこまで行かないと思います。こ...続きを読む

Qころがり摩擦と静止摩擦係数の関係

円形のもの(タイヤ、球)を斜面でころがしたり、
軸につなげて駆動させたりすると、
物体には、静止摩擦より低い転がり摩擦が
働くのですが、物体をころがすだけで
静止摩擦より低い抵抗で済む理由が分かりません。
回転体を転がすと接触面に回転体の重さがかかるため、
接触面に対しても静止(動)摩擦がかかり、回転するにつれ、
次々と移り変わっていくはずなのに静止摩擦(動でも)より
低くなる仕組みを知りたいと思っています。

Aベストアンサー

「静止摩擦力」「動止摩擦力」「転がり摩擦力」についてざっとお浚いしましょう。

摩擦力は、2つの物体が接触していて、互いに向きの違う方向に力が働いたときに摩擦力が発生します。 接触面の破壊とか変形により生じると考えられています。

静止摩擦力:2つの物体の接触面が移動していない状態で、値は、0から動きだす直前の最大静止摩擦力までです。

動摩擦力:2つの物体の接触面が移動している状態で、一定条件下では一定の値を示し、通常は、最大静止摩擦力より小さい値です。

転がり摩擦力:2つの物体の接触面が転がりながら移動している状態でその瞬間の接触面には滑りは発生していなくて、静止摩擦力が働く。 接触面の横方向の力が働くのではなく、縦方向の接触面の破壊とか変形、回転体を回転させるに必要な力などにより生じ、その性質上通常は、最大静止摩擦力の数10分の1程度と云われています。

>接触面に対しても静止(動)摩擦がかかり、回転するにつれ、次々と移り変わっていくはずなのに静止摩擦(動でも)より低くなる

最後の「静止摩擦(動でも)より低くなる」というくだりが、間違っています。

「静止摩擦」力は上記のように、「0~最大静止摩擦力」までの値 (その時の条件による)を取ります。
静止面の接触面の静止摩擦力と回転体の接触面の静止摩擦力とは同じもの (当然等しい) なので比較することは無意味です。 

一般に思われているのは、同じ物体同士の「最大静止摩擦力と転がり摩擦力との比較」であってこの場合は、転がり摩擦力の方がはるかに小さい値となります。 

「静止摩擦力」「動止摩擦力」「転がり摩擦力」についてざっとお浚いしましょう。

摩擦力は、2つの物体が接触していて、互いに向きの違う方向に力が働いたときに摩擦力が発生します。 接触面の破壊とか変形により生じると考えられています。

静止摩擦力:2つの物体の接触面が移動していない状態で、値は、0から動きだす直前の最大静止摩擦力までです。

動摩擦力:2つの物体の接触面が移動している状態で、一定条件下では一定の値を示し、通常は、最大静止摩擦力より小さい値です。

転がり摩擦力...続きを読む

Q旅客用機関車と貨物専用機関車の違いは?

鉄道の本を見ますと、よく「旅客機」・「貨物機」・「客貨両用機」などの記述があります。この二つの写真を比べてみるのですが、どこがどう違うのか未だに分かりません。この3者の違いは何でしょうか? 教えて下さい。

Aベストアンサー

最近まで軽量で大出力の機関車は作れなかったという事情があります。車両価格や取り扱いの問題もあります。(遅い貨物用ということでEF15の足まわりはEF58より簡略化されている。)
昔は今よりも客車は(木造で)軽く、貨物列車の速度は低かった(最高50km/h)ので、低速度域での引張性能に重点を置くか、高速性能に特化するか(車輪直径やギヤ比を違えるなど)という方法で性能を確保していました。EF58のギヤ比を変えて貨物用にしたEF18といった具合です。
しかし、機関車設計の進歩と、客車の重量増加(サービス向上や編成長大化など)、貨物列車の高速化(電車との速度差が問題になるなど)によって、必要な性能の差が小さくなり、同じ設計で両用できるようになり、機関車としては(EF60やDD51の登場)共用できるようになりました。EF66のブルトレ牽引もそのひとつです。
しかし最近は、貨物用機関車の性能向上がめざましく、需要が減って短編成の客車には性能過大なため、今後は貨物機が客車を牽引することはまずないでしょう。

列車システムとして見ると、昔の客車は暖房が必要でした。蒸気機関車の時代には機関車の蒸気を送っていました。この配管は本来はほとんどの形式に付いていたのですが、貨物専用の運用に就く機関車では外しているこも多かったようです。貨物用に分類されるD51等は旅客列車も多く牽引していました。旅客用の8620は支線に転じてからは貨物も多く引いていました。8620の後継のC58は両用機に分類されます。速度と引張力が必要を満たしていればどちらでも使えるのです。
ディーゼル機関車では、旅客用には蒸気発生器(SG)を搭載する必要がありました。冬季に貨物用が客車を牽引すると困るのですが、旅客用が貨物を牽引するのは支障ありません。(DE10やDD51など)
旅客用には電気機関車にもSGを搭載していました。(ごく初期には冬は暖房用ボイラを搭載した車両を連結していた。) EF61はSGを持っており、性能的には大差無いのですが、EF60は貨物用としてSGを搭載していません。交流電化にともない(交流の場合トランスを使用してサービス用の低圧電源を得やすいので)電気暖房付きの客車が多くなりました。直流機でもSGのかわりに電源装置(MGやSIV)を搭載する物も登場しました。客車列車を引かないED75は簡略化のためこの電暖用の配線を持っていません。一方、非電化区間が多い北海道などでは交流機関車にもSGを搭載(ED75+SG=EC76)していました。(混用すると、切り替えてもすぐには暖まらないとか、電暖使っている間に蒸気配管が凍結して蒸気が通らなくなるなど不都合が生じます。) 12系客車以降は、客車側に発電装置が搭載された関係で、この問題は無くなりました。ブルートレインにはSGを持っていないFE60が(後述の装備追加のうえ)充当された時期があります。

客車の車掌と機関車の間の連絡が必要です。貨車の場合はいきなり無線になるのですが、客車では電話が使用されていた時代があります。その頃には、客車牽引に充たる機関車には電話が付けられていました。

客車と貨車ではブレーキに違いがあります。20系以降の高速の客車列車を牽引するには、このための配管を持った機関車が必要でした。EF65(P)はこの装備を持っています。高速コンテナ列車の登場によって、貨物機でもこの配管が必要になりました。EF65(F)です。65Fでも客車列車牽引できるのですが、前述の電話がありません。その後、電話が不要になった事などもあって、両者を統合して(PF)型になります。他形式でも「1000番台」といった形で新製や改造によりブレーキ管引き通のある機関車が生まれました。これらは旅客用や高速貨物用と言われますが、当然ふつうの貨物も牽引します。逆に言えば、この装備が無いと(貨物も含む)高速列車の牽引に支障します。

最近まで軽量で大出力の機関車は作れなかったという事情があります。車両価格や取り扱いの問題もあります。(遅い貨物用ということでEF15の足まわりはEF58より簡略化されている。)
昔は今よりも客車は(木造で)軽く、貨物列車の速度は低かった(最高50km/h)ので、低速度域での引張性能に重点を置くか、高速性能に特化するか(車輪直径やギヤ比を違えるなど)という方法で性能を確保していました。EF58のギヤ比を変えて貨物用にしたEF18といった具合です。
しかし、機関車設計の進歩と、客車の重量増加(サービス向上や...続きを読む

QVVVFインバーターってなんですか?

できれば初心者にもわかるような説明(何も知らない人に「VVVFってなに?」って聞かれて答えられるようになりたい)お願いします。

またなんのためにこれはあるのでしょうか?

Aベストアンサー

質問者様こんにちは
VVVFとはすでにNo.1さんが書かれたとおりです。
昔、小学校でモーターの電圧と回転数の関係を理科の時間でやったことがあると思います。またはモーターの変わりに豆電球かもしれませんが。
ここで、思い出してください。電池1個1.5Vの時と電池を2つを直列につないで、3Vとしたとき、豆電球の明るさ、またはモーターの回転数はどうなるかというと、電圧を高くしたほうが(明るく)もしくは(回転数があがる(早く回る))様になります。
これは電圧と明るさ(もしくは回転数)が比例関係にあります。
直流(DC)のモーターは単純に電圧を変えてやることが回転数を変化させることができるとなんとなく判るかと思います。
ただ、直流モーターの場合、中に回転子とそれに電気を供給するためにブラシがあります。詳しい構造とかの説明は省きますが、構造が複雑なのと、摩擦部分があるので、保守に手間がかかります。
それに対して、交流モーターですが、回転子を鳥かごの様な状態にして(この回転子に電気を供給する必要はありません。)その周りに90度異なる位置にコイルを設け、それぞれのコイルにかかる電圧をずらして供給してやります。(この電圧のずれを”位相”といいます。)
位相をずらしてやるには、片方のコイルだけコンデンサを挿入すれば、単純に90度位相のずれた状態で電圧が加わります。回転子をちょっと回してやれば回転をはじめます。
回転数を変えてやるにはどうするかというと、交流の周波数を変えてやる方法と電圧を変えてやる方法とがあります。
ただ、交流モーターの場合、昔の技術では簡単に周波数を変える技術がありませんでした。こうなると電圧の制御で回転数を変えてやるのですが、電圧で回転数を変えてやる方法では、回りはじめの時、トルク(力)が必要な用途に向かない傾向があります。また、交流モーターを逆回転させたいとき、反対側に別のコイルを設けて切替えなければなりません。一定回転で同一方向に回転する様な用途に交流モーターは向いているのです。構造は一見簡単ですが、電車の様に走りはじめに力の必要な速度制御を必要とする用途には向きません。
以上は単相交流(一般的な家庭に供給されている電力)の場合です。
交流にはそのほかに3相交流というのがあります。3本の線(ここではそれぞれ U、V、Wと名づけます。)電気の供給の仕方は、UとVの位相を120度ずらします。またVとWはさらに120度ずらします。WとUの関係は更に120度ずらします。合計すると360度1回転ずらして供給してやります。通常、3対の電力を供給するのに、位相を考えなかった場合、電源から負荷に行く線と負荷から電源に戻る線で2本、3対ですから2×3で6本の線が必要ですが、位相を120度ずらすことにより、3本の線で供給することができます。
ここで3相交流モーターの登場となります。回転子の周りに120度ずつ物理的にずらした3つのコイルを配置し、それぞれ、U-V間、V-W間、W-V間に接続してやります。すると、回転磁界が発生し、その中央に配置されている回転子は都度それぞれ強くなるコイルの磁界に引っ張られて回転します。また、逆回転させるにはU,V,Wのうち、2つの線の接続を入れ替えれば、容易に逆回転します。3相の交流モーターは構造が簡単です。なにしろ、回転子に電源を供給する必要が無いので、ブラシなど回転子を擦る接触部が不要です。
電車の場合、逆方向に進んだりしますから、正回転、逆回転が簡単にできることが必須です。また、モーターの回転数を変えてやるには電圧と周波数を変えてやればよいのですが、同じく、昔は簡単に周波数を変えることができず、鉄道の用途には用いられませんでした。(外国ではわざわざ3本の架線を準備して実用化試験をしたこともあった様ですが、地上施設が複雑なのと、電圧のみで制御しようとしたせいか、実用化はされなかった様です。)
近年、(とはいっても20年以上経ちますが)半導体技術の進歩で、周波数を自由自在に変えることのできる3相交流を直流から作ることができる様になりました。電圧と周波数を変えることにより、トルクの必要なときに必要なトルクが得られるのと、連続的に速度が変化していくため、スムーズな加速が得られる様になり、これで晴れて鉄道車両に交流モーターが使える様になりました。
鉄道車両に使う場合、直流モーターの様にブラシなどの保守がかからず、ブラシの無い分、回転の力を得るためのスペースが大きく取れますから、大きさのわりに強力なモーターとなります。また、連続的にトルクを変化させるので、電気機関車に使用すれば、いままでの抵抗を切替える制御方式の場合は切り替わる瞬間に空転する恐れもありましたが、その心配もなくなります。
なお、身近なところで、インバーターエアコンというのもあります。
これも、基本的には連続的にモーターの回転数を変化させることができるので、室温にあわせた冷房(暖房)の連続的な制御ができ、効率よく冷やしたり、暖めたりすることができます。
これも一般家庭の単相交流→直流に整流→3相交流をインバーターで作って、モーターの回転制御をする 様になってます。
判りやすい様に例を挙げてみましたが、なんとなくお解かりいただけたでしょうか?

質問者様こんにちは
VVVFとはすでにNo.1さんが書かれたとおりです。
昔、小学校でモーターの電圧と回転数の関係を理科の時間でやったことがあると思います。またはモーターの変わりに豆電球かもしれませんが。
ここで、思い出してください。電池1個1.5Vの時と電池を2つを直列につないで、3Vとしたとき、豆電球の明るさ、またはモーターの回転数はどうなるかというと、電圧を高くしたほうが(明るく)もしくは(回転数があがる(早く回る))様になります。
これは電圧と明るさ(もしくは回転...続きを読む

Qキャスタ付き台車を押す力の計算法

キャスタ付き台車を押す力の計算法を教えてください。

高校物理では、F=μMgという方程式で押す力を計算しました。
(F:力、μ:摩擦係数、M:質量、g:重力加速度)

これは床面に、物体が接している(転動体なしですべり接触)
ときの方程式だと思います。

キャスタ付き台車の場合、どのように計算するのでしょうか。
ある人に聞いたところ、
「キャスタのベアリングの摩擦係数は0.2くらい
         だから単純にμ=0.2として計算すればよい」
とおっしゃっていましたが、キャスタの車輪直径により、
押す力は変わってくると思いますが、どうすればよろしいでしょうか。

Aベストアンサー

いくつの加速度で運動させる、という場合はそうなるでしょう。
でも今の場合、単に運動させ始めるか、運動を続ける場合ですね?それなら、F=μMgで計算します。

F=μMgは
>床面に物体が接している(転動体なしですべり接触)ときの方程式
ではありません。摩擦力あるいは、もっと一般に、物体の質量に比例する抵抗力は、かならずこうなるのです。

運動をさせ始めることを考えれば、与えられた力がμMgに達するまでは動きません。μMgを少しでも超えれば、動くはずです、超えた量に応じた加速度で。
台車をそーーーーっと押す場合をイメージしてください(ただし、車輪が小石や砂粒に乗り上げるのは無しです)。
車輪の直径は、加えた力と反対の方向への力は生み出しません。

運動を続けさせるほうは、もっと単純にイメージしていただけると思います。車輪に注目すれば、フライホイールを考えればわかるように、回転したものは、一定の速度で回転しつづけます。それを阻害するのは摩擦力だけですから(いろいろな摩擦力がありますが)、摩擦力と同じ力で押せば一定の速度で運動を続けるわけです。

いくつの加速度で運動させる、という場合はそうなるでしょう。
でも今の場合、単に運動させ始めるか、運動を続ける場合ですね?それなら、F=μMgで計算します。

F=μMgは
>床面に物体が接している(転動体なしですべり接触)ときの方程式
ではありません。摩擦力あるいは、もっと一般に、物体の質量に比例する抵抗力は、かならずこうなるのです。

運動をさせ始めることを考えれば、与えられた力がμMgに達するまでは動きません。μMgを少しでも超えれば、動くはずです、超えた量に応じた加速度で。
台車...続きを読む

Q電気機関車の運転は、どのくらい難しいのでしょうか?

電気機関車は貨物を引くことが多いと思いますが、長大な貨物を引っ張るので、その長さを見越した運転をしないといけないと思うし、またいわゆるアクセルやブレーキも、普通の電車と比べて特殊のような気がします。
実際、どのくらい難しいのでしょうか?

Aベストアンサー

動力を持たない重たい車両群を牽引するので発車や上り坂でスリップを起こしやすいのです
そのために一気に加速することが出ません
アクセルではなくコントローラーといいます

ブレーキ装置も電車とはかなり違います
現在の電車は車両ごとに独立したブレーキ系統を運転台で統括制御をします
貨車や客車は自分ではブレーキの制御機構を持たず機関車によって制御されます
ブレーキを作動させるときは列車全体のブレーキがほぼ同時に短時間で作動しますがブレーキを解除するときは長い列車に空気を送り込んで行うのでかなりの時間がかかります
そのために機関車には列車全体のブレーキを作動させる装置と機関車のブレーキだけを作動させる装置を備えています
機関車の運転席を見る機会があったら見てください
ブレーキ弁ハンドルが手前と奥に二つあります
小樽と京都の博物館では機関車の運転席に座ることが出来ます
小樽では電気機関車の中まで自由に入れます
この使い分けが電車とはかなり違いますね

重いものは動きにくく止まりにくい
これですね

Q牽引力についてお願いします

はじめまして。
実例ではわかりづらいので仮の例として質問させてください。
台車で考えていただきたいのですが、車輪が4つついております。
その上に1,500kgのものを載せた時必要な水平力は
どの位でしょうか?
おおよその値、求め方がお分かりでしたらよろしくお願いします。

Aベストアンサー

 
>> 物は天井クレーンというものでトロリと言う車輪がついたものを吊るクレーンなのです。<<


 ご紹介の所は見えませんが検索で船の荷役の写真から想像がつきました。trolley;モノレールに似てるけどゴムタイヤは有りえない、鉄のレールと鉄の車輪なら鉄道。
「 鉄道 レール 車輪 摩擦係数 」で検索しました。
pdfが多いので検索結果のままのURLです。

http://www.google.com/search?num=100&hl=ja&ie=UTF-8&as_qdr=all&q=%E9%89%84%E9%81%93+%E3%83%AC%E3%83%BC%E3%83%AB+%E8%BB%8A%E8%BC%AA+%E6%91%A9%E6%93%A6%E4%BF%82%E6%95%B0&lr=

鉄道ゆえ転がり摩擦と思います、数値は通常0.2~0.3程度、濡れで0.1、交流モーターは脈動で0.4、フランジ部0.6、急カーブ実測1.2、、などなど。
 
 
↓長過ぎで切れてるので↑コピペしてください。

参考URL:http://www.google.com/search?num=100&hl=ja&ie=UTF-8&as_qdr=all&q=%E9%89%84%E9%81%93+%E3%83%AC%E3%83%BC%E3%83%AB+%E8%BB%8

 
>> 物は天井クレーンというものでトロリと言う車輪がついたものを吊るクレーンなのです。<<


 ご紹介の所は見えませんが検索で船の荷役の写真から想像がつきました。trolley;モノレールに似てるけどゴムタイヤは有りえない、鉄のレールと鉄の車輪なら鉄道。
「 鉄道 レール 車輪 摩擦係数 」で検索しました。
pdfが多いので検索結果のままのURLです。

http://www.google.com/search?num=100&hl=ja&ie=UTF-8&as_qdr=all&q=%E9%89%84%E9%81%93+%E3%83%AC%E3%83%BC%E3%83%AB+%E8%BB%8A%E8%BC%AA+%E6%9...続きを読む

Q列車の無人運転はなぜ普及しないのですか?

列車の無人運転はなぜ普及しないのですか?
神戸のポートライナーは無人運転ですが、なぜ他の鉄道に無人運転が普及しないのでしょうか?

Aベストアンサー

>ならば中央新幹線(リニア)はどうなんでしょうか?(ぜひ無人運転にしてほしいのですが)

はい、山梨実験線は無人運転ですよ。
もともと、500km/h走行では運転士の操作を介在させる余裕も無いと言うことで自動無人運転を前提にシステム化された鉄道です。

が、JR東海では、運用面で、運転操作をほぼ自動化しても人間の観察力と柔軟な対応力は有用とされ、有人運転が決定しています。

まぁ、私なら、リニア新幹線が無人化されたら乗りませんね。


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