ID: 00019197
Зачем железнодорожные рельсы укладывают на шпалы? С какой целью нижнюю часть рельса делают более широкой?
Источник: Сборник дидактических материалов Пёрышкина
Идея. Давление считают по формуле $$p=\frac{F}{S},$$ где $F$ — сила давления (тут вес поезда), $S$ — площадь опоры.
Вес поезда поменять нельзя. А вот площадь опоры можно увеличить. Шпалы кладут под рельсы, чтобы рельс давил не на узкую полоску грунта, а на широкую шпалу — площадь больше, значит давление на насыпь меньше.
Нижнюю часть («подошву») рельса делают широкой по той же причине: рельс опирается на шпалу большей площадью, и давит на неё слабее. Поэтому рельсы не вдавливаются, а путь служит долго.
И шпалы, и широкая нижняя часть рельса увеличивают площадь опоры. При той же силе (весе поезда) чем больше площадь, тем меньше давление. Так нагрузка распределяется на большую площадь, и рельсы не вдавливаются в грунт, а шпалы не продавливают насыпь.