Как поворачивает поезд, если все рельсы ровные?
Если рельсы прямые.
Как Вы сами видите, рельсы не всегда ровные:
А теперь посмотрим, как поезд поворачивает.
Колесо локомотива или вагона имеет важную деталь – реборду (франц. reborde – гребень, то есть выступающая часть обода колеса) , которая нужна, чтобы вагон не сошел с рельсов на повороте. В момент, когда колесо входит на закругление, оно продолжает движение в прежнем направлении, действуя на рельс сбоку ребордой, которая при этом деформируется. В результате возникает «боковая» сила упругости Fупр (см. рисунок) . Эта сила и заставляет вагон поворачивать, то есть двигаться по рельсам окружности. В отсутствии реборды эта сила не возникала бы, и вагон сошёл бы с рельсов.
Именно сила упругости реборды вызывает центростремительное ускорение вагона. Но наряду с силой упругости реборды, возникает и сила трения реборды о рельс. При движении по прямой этого касания нет, и сила трения уравновешивается силой тяги локомотива или предыдущего вагона.
Однако при повороте вагона трение реборд о рельс есть. Оно замедляет движение, а также приводит к повышенному износу (стриранию) как реборд колёс, так и рельсов на закруглённом участке траектории. Чтобы уменьшить нежелательную силу трения, надо уменьшить силу давления на боковые поверхности реборд и рельсов. Для этого насыпь грунта и гравия под рельсами делают наклонной в сторону центра окружности (см. рисунок).
Они не совсем ровные. В смысле не плоские. Профиль рельса ВЫПУКЛЫЙ (посмотрите внимательнее) . А поверхность колеса - тоже не плоская, а довольно сложный криволинейный конус. И на повороте внешний рельс приподнимается по отношению к внутреннему. Поэтому на внешнем рельсе точка контакта колеса с рельсом смещается "наружу" (на внутреннем, соответственно, смещается внутрь) , и эффективный диаметр колеса (измеренный по точке контакта) оказывается на наружном рельсе больше, а на внутреннем - меньше. А раз диаметры разные, то при одинаково угловой скорости линейная скорость оказывается тоже разной: внешнее колесо обгоняет внутреннее, и тем самым поворачивает всё колёсную пару.
Зато колеса конусные.
Там в кабине машиниста есть руль.
На поворотах рельс не ровный а срезан под углом, как при заточке карандаша.