時速300キロで走る電車は毎秒83メートル進む。したがって、ブレーキをかけ始めても、システムが作動した時点で停止するわけではありません。それでも、動きのエネルギーを分散させて、徐々に速度を下げる必要があります。必要な距離は、列車の特性、ブレーキ、初速度、線路の状態によって異なります。その距離が数キロメートルに達する理由は物理学によって説明されます。
それを理解するには、運動の基本的な特性、つまり運動エネルギー、つまり物体が動いていることによって得られるエネルギーから始める必要があります。それは、質量と速度の 2 乗という 2 つの変数に依存します。後者が決定的です。 電車の速度が 2 倍になった場合、運動エネルギーは 2 倍になるのではなく、4 倍になります。。時速 100 キロメートルから 300 キロメートルに加速すると、質量が同じであれば、運動エネルギーは 9 倍に増加します。
そのエネルギーは、ドライバーがブレーキをかけても消えません。 列車が蓄積するエネルギーが増えるほど、列車を停止させるために必要なブレーキの負担も大きくなります。 したがって、他の条件が同じであれば、より速く運転するには、はるかに長い制動距離が必要になります。 しかし、2 番目に重要な違いがあります。制動距離は総停止距離と同じではありません。 1 つ目は、列車が事実上減速し始めてから停止するまでの走行です。 2 番目の時間には、状況が検出され、対応する命令が送信され、ブレーキが必要な力を発生させる間に、前の間隔で移動した空間も含まれます。
では鉄道構成はどうやって止まるのでしょうか？電車はさまざまな仕組みを組み合わせています。摩擦ブレーキはパッドまたはシューをディスクまたはホイール表面に押し付け、運動エネルギーを熱に変換します。 多くの列車には、走行に抵抗するために主モーターを使用する電気ブレーキも組み込まれています。 そして、システムに応じて、エネルギーの一部を回収または消散します。具体的な組み合わせは車両の設計と動作条件によって異なります。
目的は、列車全体に制御された方法でブレーキ力を分配することです。非常に強い力を発生させるだけでは十分ではありません。安定性を維持し、車両間の過度の努力を避け、車輪がレール上で十分なグリップを維持する必要があります。 加えられた力が車輪とレールの間の接触によって伝達できる力を超えると、スリップが発生してブレーキの効果が低下する可能性があります。。雨、道路汚染、その他の要因によってグリップ力が変化する可能性があります。
傾斜も重要です。下り線では、重力は列車の動きに有利に働き、列車の停止に反対する力の成分を及ぼします。上昇時にはその逆が起こります。それが理由です、 列車の最高速度だけから制動距離を計算することはできません：ブレーキ性能やルートの特性も考慮する必要があります。
ここで鉄道の信号および保護システムが活躍します。 ERTMS（European Railway Traffic Management Systemの略）などの設備。列車の位置と速度を監視し、ブレーキ曲線を計算します: 道路に沿って設定された制限を遵守するために速度をどのように下げる必要があるかを示す数学的モデル。列車がこれらの制限を超えた場合、または適切なときにブレーキをかけなかった場合、システムは自動介入を命令できます。
でも…電車が止まるまでどれくらいかかりますか？すでに述べたように、ここでは数十の変数が関係します。重量、速度、道路の特性、ブレーキの種類など。理論的な例として、3 つの仮説シナリオを見ていきます。で構成された列車があります 時速 250 キロメートルで走行する機関車 1 台と車両 5 台 まっすぐで水平な乾燥した道路。アセンブリが 0.7 メートル/秒の 2 乗の一定の減速度に達すると仮定すると、ブレーキをかけ始めた瞬間から完全に停止するまで、約 3.45 キロメートル移動する必要があります。この距離に、システムの応答時間中に移動するスペースを追加する必要があります。指示された減速度が作用し始める 2 秒前と仮定すると、列車はさらに 139 メートル進むことになります。 合計で約 3.6 キロメートルの距離になります。
2 番目のシナリオは、同じ条件の同じ列車ですが、時速 300 km です。 時速 250 キロメートルから 300 キロメートルに上昇すると (速度が 20% 増加)、総制動距離は約 3.6 キロメートルから 5.1 キロメートルに増加し、約 44% 長くなります。 最後に、同じ列車が時速 50 キロメートルで走行し、想定される平均減速度 0.7 メートル/秒の 2 乗と 2 秒の応答時間を維持した場合、完全に停止するには約 166 メートルが必要になります。
