تأتي المركبات في أشكال وأشكال عديدة، ويستخدم كل منها تقنيات مختلفة للعمل بكفاءة. على سبيل المثال، تستخدم السيارات والحافلات التي تسير على الطرق إطارات مطاطية، بينما تستخدم القطارات ومترو الأنفاق التي تعمل على المسارات عجلات معدنية. يعود السبب وراء هذه الاختيارات المختلفة إلى عامل حاسم واحد: الاحتكاك.

ما هو الاحتكاك؟

الاحتكاك هو القوة التي تحدث عندما يتلامس سطحان ويقاومان حركتهما. كلما كانت أسطح التلامس أكثر سلاسة، قل الاحتكاك، مما يسمح لها بالتحرك بشكل أسرع بالنسبة لبعضها البعض.

عند النظر في تصميم السيارة، يلعب الاحتكاك دورًا رئيسيًا. تؤثر السرعة التي تتحرك بها السيارة ونوع التضاريس التي تغطيها بشكل كبير على نوع العجلات التي تحتاجها.

لماذا تستخدم القطارات عجلات معدنية؟

تم تصميم القطارات للسفر بسرعات عالية لمسافات طويلة أثناء حمل أحمال هائلة. إنهم يسيرون على مسارات سلسة ومتساوية، مما يسمح لهم بالحفاظ على السرعة بأقل قدر من الاحتكاك. تعمل العجلات المعدنية على تقليل الاحتكاك بشكل كبير - بنسبة تصل إلى 85% إلى 99% - مقارنة بالمواد الأخرى. وذلك لأن كلاً من القضبان والعجلات مصنوعة من معدن أملس، مما يسمح بحركة أكثر كفاءة وبدون احتكاك.

علاوة على ذلك، ليس من الضروري أن تتوقف القطارات فجأة. بفضل وزنها وقوتها الهائلتين، فإنها تعتمد على الزخم لمواصلة الحركة، مما يعني أنها لا تحتاج إلى عجلات تولد الكثير من الاحتكاك. الإطارات المطاطية، التي من شأنها أن تخلق المزيد من الاحتكاك، ستتطلب طاقة أكبر بكثير لتحريك القطار الثقيل، مما يجعلها غير عملية.

لماذا تستخدم السيارات الإطارات المطاطية؟

من ناحية أخرى، تحتاج السيارات إلى السفر على الطرق وغالباً ما تتعامل مع تضاريس غير مستوية وغير متوقعة، مثل الحفر والطرق الترابية. للتعامل مع هذه المشكلة، تحتاج السيارات إلى عجلات توفر قبضة قوية، وهو ما أصبح ممكنًا بفضل الإطارات المطاطية. يمنح الاحتكاك بين المطاط والطريق السيارة قوة الجر التي تحتاجها للقيادة بأمان وسلاسة.

على عكس القطارات، تحتاج السيارات إلى التوقف والبدء بشكل متكرر. تساعد الإطارات المطاطية على تسهيل التوقف والتشغيل السريع، مما يوفر الاحتكاك اللازم للقيادة الآمنة. بالإضافة إلى ذلك، تعتبر الإطارات المطاطية أقل تكلفة وأسهل في الاستبدال من العجلات المعدنية، مما يجعلها خيارًا عمليًا أكثر للمركبات التي تعاني من التآكل المنتظم.

الخلاصة: الاحتكاك هو ما يحدد تصميم العجلات

وفي الختام فإن الاحتكاك هو أهم عامل مؤثر في تصميم العجلات لأنواع المركبات المختلفة. تستخدم القطارات، التي تحتاج إلى التحرك بسرعة مع الأحمال الثقيلة، عجلات معدنية لتقليل الاحتكاك. تتطلب السيارات، التي يجب أن تتنقل في تضاريس متنوعة، إطارات مطاطية لزيادة الاحتكاك وتحسين الجر.