지금 서울 출장차 열차를 타고 올라가는 중입니다
한참을 달리다 동대구쯤 도착시 옆 선로를 보니 철로가 보이는데..궁금해진것은..
철로를 만들때 작은 돌,석재위에 시멘트 버팀목하고 그위에 철로된 레일을 놓는데..이렇게 육중한 기차가 고속을 달리는데도 돌들이 무너지지않고 버티는 원리가 뭘까요?
3개의 답변이 있어요!안녕하세요. 원형석 과학전문가입니다.
레일은 철도차량이나 노면전차 따위를 달리게 하기 위하여 땅 위에 까는 가늘고 긴 강철재이다. 철도의 선로를 의미한다. 주로 강철로 만들어진다. 레일은 일반적으로 工자 모양으로 되어 있는 것이 보통이다. 이 뜻에서 확장되어 철도 자체를 가리키는 용어로도 쓰이곤 한다.
두 레일의 간격이 얼마나 떨어져 있느냐에 따라 표준궤, 광궤, 협궤로 크게 나뉜다. 이외에도 레일 자체의 무게나 두께 등이 서로 다를 수 있다. 물론 특별한 이유가 없다면 국철이든 사철이든 최대한 표준궤에 국제 표준 규격의 레일을 부설한다.
2000년대 이전까지는 레일이 대부분 25m 단위로 부설돼 있어 지금도 통행량이 많지 않은 산간지방으로 무궁화호를 타고 갈 때 들을 수 있는 특유의 '철컹철컹 '하는 소음이 바로 이 레일간의 이음매를 열차 바퀴가 통과할 때 나는 소리다. 이것을 jointed rail이라고 한다.
하지만 2010년대 들어 도시철도 등의 레일이나 고속철도의 레일은 장대레일이라고 해서 처음부터 길게 제작한 철로를 부설해 현장에서 용접하는 CWR(Continuous Welded Rail)을 사용한다. 소음이 효과적으로 줄긴 하지만 용접부가 오래되거나 하면 jointed rail만큼은 아니라도 소음이 발생한다.
과거에 용접 기술이 부족해서 그랜 건 아니고 2000년대 이전에는 계절에 따른 레일의 열팽창을 고려해 이음매를 통해 그 열팽창을 보상할 목적이 있었다. 그 후 연구를 통해 그냥 통체로 긴 레일을 부설해도 레일을 고정하는 핀과 침목이 버텨준다면 레일의 열팽창이 일어나도 레일 자체가 응력을 바쳐준다는 사실을 발견한 이후 경제력이 되는 국가들은 차륜보호, 소음감소, 레일수명연장에 유리한 장대레일로 차츰 바꾸어 나가고 있다.
CWR(장대레일)기술의 핵심은 레일이 아니라 침목에 있다. 레일의 재료는 장대레일 개발 이전과 동일한 강철재이다. 따라서 CWR도 기존 레일과 똑같은 열팽창계수를 가진다. 이 열팽창으로 인해 발생하는 응력을 레일핀과 침목이 버텨내도록 레일핀과 침목재를 강화한 것이다. 장대레일에서는 레일의 온도에 따라 레일이 신축하지 않고 그 대신 레일 자체에 응력이 축적된 채로 버티는 모양이 된다.
장대레일 설치 후 고온으로 인한 레일 변형을 방지하기 위해 보통 여름 전에 장대레일 재설정이라는 작업을 통해서 응력을 제거해준다. 그러나 폭염이 지속되면 레일이 버티지 못하고 늘어져서 열차운행 지연을 유발하기도 한다.
장대레일끼리 연결할 때 이음매 설치가 불가피한 경우에는 이음매를 사선으로 절단한 레일을 사용하는데, 이를 신축 이음매라고 한다.
여건상 장대레일을 설치할 수 없는 경우도 있는데, 이 경우에는 장척레일이라고 25m보다 길고 200m보다 짧은 레일을 부설하기도 한다.
운영중인 선로의 철로에는 전류가 흐르니 조심해야 한다. 정확히는 전류의 귀선의 역할과 궤도 회로를 구성하는 역할을 한다. 직류구간에선 수천A의 전류가 흐르므로 특히 조심해야 한다.
안녕하세요. 형성민 과학전문가입니다.
철로를 만들 때 작은 돌, 석재 위에 시멘트 버팀목을 놓고 그 위에 철로 레일을 놓는 것은 철로의 견고함과 내구성을 보장하기 위한 방법입니다. 철로 레일은 강철로 만들어져 기차의 무게와 진동을 견딜 수 있도록 설계되어 있으며, 시멘트 버팀목은 철로 레일을 고정시키는 역할을 하고 작은 돌이 채워져 있어 레일의 충격을 흡수하고 진동을 완화합니다. 이렇게 구성된 철로는 기차의 무게와 속도 등의 힘을 버티면서도 안정적으로 운행됩니다.
안녕하세요. 김학영 과학전문가입니다.이러한 구조물들이 고속으로 이동하는데도 무너지지 않는 이유는 레일, 시멘트 등이 강도가 매우 높기 때문이며, 레일에 의해 무게의 분산이 이뤄지기 때문입니다.