قطار برقي

امروزه تقريباً تمام قطارها (به غير از چند نيرو محركه بخار) بوسيله موتور الكتريكي يا ديزلي حركت مي كنند. قطار هاي برقي انرژي شان را در طول مسير از سيم هاي برق هوايي يا ريل هاي برق دار بدست مي آورند. قطار هاي ديزلي (و قطارهايي كه هر دو موتور ديزل و الكتريكي دارند) انرژي شان را با خود حمل مي كنند و مي توانند بر روي ريل هاي غير برق دار حركت كنند. قطارهاي سريع السير و سيستم ناوبري كارآمد باعث شده كه راه آهن ايمن ترين و سريع ترين شكل مسافرت زميني باشد. طرح ديگري، كه البته در مرحله آزمايش است، عبارت از سيستم تعليق مغناطيسي (مَگلِو) است كه باعث مي شود قطار بر روي ريل معلق باشد. با سرعت بيشينه ٥٠٠ كيلومتر بر ساعت، اين وسيله سريع تر تمام وسايل حمل و نقل امروزي خواهد بود.

دو نوع قطار مغناطيسي را در شكل زير مي بينيد.

مدل قطار مغناطيسي معلق را بسازيد. اين نوع قطارها از ميدان مغناطيسي براي بلند كردن خودشان بهره مي برند و روي مسير شناور مي مانند. از آنجا كه هيچ جزء از آنها با مسير در تماس نيست، اصطكاك حداقل است، و در نتيجه قطار مي تواند بسيار سريع حركت كند. قطار مدل بوسيله نيروي پيشرانش مغناطيسي كار مي كند. آهن ربا دو قطب دارد (قطب شمال و جنوب). دو قطب هم نام كه د كنار هم قرار دارند يكديگر را مي رانند. در اينجا، آهن رباي داخل قطار توسط آهن رباي روي ريل رانده شده و در نتيجه قطار به بالا رانده مي شود.
توصيه مي شود براي اين فعاليت پژوهشي اولياء محترم نيز كمك كنند.

آنچه شما نياز داريد:

حدود ٥٠ گرم خمير مجسمه سازي، ١٠ آن رباي مكعب مستطيل شكل - اجازه دهيد طول آهن ربا را با l، عرض آن را با w و ارتفاع آن را با h نشان دهيم، تكه هاي مقواي چندلايه به ضخامت ٥ ميليمتر و به ابعاد:
دو وجه كناري A به ابعاد،
دو صفحه انتهايي B به ابعاد ،
ريل C به ابعاد،
دو فاصله انداز D به ابعاد ،
كف قطار به ابعاد،
مداد، كاتر، چاقو، چسب، قيچي، نوار چسب دوطرفه، خط كش فلزي،
دو جانبي به ابعاد

^{^١-}دو شكاف به فاصله قطعه B ايجاد كنيد. هر شكاف به پهناي ٥ ميليمتر و طول باشد. دو شكاف ديگر به فاصله از يكديگر در قطعه A ببريد.


^٢- به كمك نوار چسب دوطرفه، نه آهن ربا را به طور طولي و در وسط ريل C بچسبانيد، دقت كنيد قطب هاي هم نام به سمت بالا باشند. ٢.٥ ميليمتر روي هر كناره خالي بگذاريد.
^٣- با نوار چسب لبه هاي ريل C را ما بين شيار هاي وجه A بچسبانيد، به طوري كه روي آهن ربا ها زير لبه وجه A باشد.

^٤- فاصله اندازه هاي D را به يكديگر بچسباند. آنها را به ميانه كف ترن E بچسبانيد. ببينيد كدام قطب آخرين آهن ربا جذب آهن رباهاي روي ريل مي شود. همين طرف را روي فاصله انداز بچسبانيد.

^٥- كناره هاي F را به كف قطار بچسبانيد به طوري كه آهن ربا بين آنها قرار گيرد. روي قسمت پايين طرفين قطار و از بيرون (به مقدار مساوي) خمير مجسمه سازي بچسبانيد.
^٦- رويه قطار را به كف آن اضافه كنيد. قطار را روي ريل قرار دهيد. آنقدر از خمير مجسمه سازي برداشته يا اضافه كنيد تا قطار به طور پايدار روي ريل معلق بماند. قطار را به انتهاي ريل ببريد و به آرامي هل دهيد. ببينيد چقدر راحت حركت مي كند.

قطارهاي مگلو

اين قطارها از آهن رباي الكتريكي استفاده مي كنند، به عبارت ديگر جريان الكتريكي بر اثر عبور از سيم پيچ ميدان مغناطيسي توليد مي كند. در مدل نمونه اوليه ژاپني كه در شكل زير نشان داده شده است، ميدان هاي بوجود آمده بوسيله سيم پيچ قطار و سيم پيچ هاي ديواره كناري مسير، قطار را معلق مي كند و همچنين قطار را به جلو مي رانند. براي حفظ و صرفه جويي انرژي، اين نوع قطارها آهن رباي ابر رسانا دارند. اين قطار ها تقريباً نصف انرژي هواپيما را مصرف مي كنند اما مي توانند با همان سرعت حركت نمايند.

سيستم قطار مگلو ژاپني

هنگامي كه قطار در حال عبور است سيم پيچ هاي داخل ديوارها با جريان مغناطيسي تغذيه مي شوند. در حين عبور قطار، اين جريان باعث مي شود قطب هاي هر سيم پيچ معكوس شود، به طوري كه هر سيم پيچ متناوباً سيم پيچ قطار را جذب و دفع مي كند و بر اثر آن قطار به جلو رانده مي شود. سيم پيچ هاي ديگر در ديوار متقابلاً به سيم پيچ قطار اثر مي گذارند و آن را بلند نموده و در مسير هدايت مي كنند.

قطارهاي سريع السير

سريع ترين قطار TGV (در كشور فرانسه) است. اين يك قطار الكتريكي است كه انرژي اش از سيم برق هوايي تأمين مي گردد. موتور هاي الكتريكي اين قطار در ابتدا و انتهاء قرار دارد. TGV مسافرين را در فرانسه با سرعت ٣٠٠ كيلو متر بر ساعت جابجا مي كند و به ركورد ٥١٥ كيلومتر بر ساعت (براي قطار هاي الكتريكي) دست يافته است.

در بريتانيا، قطارهاي ديزل - الكتريك سرويس هاي پر سرعت را در اختيار دارند. در اين قطارها، موتورهاي قدرتمند ديزل، ژنراتورهاي الكتريكي را به كار مي اندازند، و برق حاصل از آنها موتور حركتي قطار را فعال مي كند. قطار "درون شهري ١٢٥ بريتانيا" براي حمل و نقل مسافر تا سرعت ٢٠٠ كيلومتر بر ساعت طراحي شده است، و ركورد ٢٣٠ كيلومتر بر ساعت را در قطارهاي ديزلي در اختيار دارد.