תולדות הרכבות: ממסלולי מסילה לרכבות היפרלופ

מאז המצאתם, הרכבות מילאו תפקיד עצום בהמשך פיתוח התרבויות ברחבי העולם. מיוון העתיקה לאמריקה המודרנית, הרכבות שינו את הדרך בה בני האדם עוברים ופועלים.

הצורה המוקדמת ביותר של הובלת רכבות מתוארכת למעשה ל- 600 B.C. היוונים עשו חריצים בסלול דרכי גיר המיועדות לשימוש בשילוב עם כלי רכב גלגלים, המקלים על הובלת סירות על פני איסטמוס של קורינתוס. עם זאת, כאשר כבשו הרומאים את היוונים בשנת 146 לפנה"ס, הרכבות המוקדמות נפלו לחורבה ונעלמו במשך יותר מ -1,400 שנה.

מערכת הובלת הרכבות המודרנית הראשונה לא עשתה חזרה עד המאה ה -16. גם אז עברו שלוש מאות שנים נוספות עד שהמצאת קטר הקיטור תהפוך את הובלת הרכבות בקנה מידה עולמי.

קודמי הרכבות המודרניות עלו לראשונה בראשית שנות ה -50 של המאה העשרים בגרמניה עם כניסת עגלות. דרכים מסילות פרימיטיביות אלה כללו מסילות עץ שעליהן הצליחו עגלות או עגלות רתומות לסוסים לנוע יותר מאשר מעל דרכי עפר. בשנות השבעים של המאה העשרים הוחלפו מסילות עץ ברזל. עגלות אלה התפתחו לרחובות חשמליות שהתפשטו ברחבי אירופה. בשנת 1789 עיצב האנגלי וויליאם ג'סופ את העגלות הראשונות עם גלגלים אוגניים שהיו מחורצים, מה שמאפשר לגלגלים לאחוז טוב יותר במעקה. מאפיין עיצוב חשוב זה הועבר לקטרים ​​מאוחרים יותר.

עד שנות ה- 1800 נבנו מסילות ברזל מברזל יצוק. למרבה הצער, ברזל יצוק היה נוטה לחלודה והוא היה שביר, ולעתים קרובות גרם לו להיכשל תחת לחץ. בשנת 1820 המציא ג'ון בירקינשו חומר עמיד יותר בשם ברזל יצוק. חידוש זה, למרות ששיפור בהשוואה לברזל יצוק עדיין היה פגום, אולם הוא הפך להיות התקן עד כניסתו של ה- בסמר התהליך איפשר ייצור זול יותר של פלדה בסוף שנות ה -60 של המאה ה -19, מה שהביא להתפשטות מהירה של מסילות ברזל לא רק ברחבי אמריקה אלא ברחבי העולם. בסופו של דבר, הוחלף תהליך בסמר על ידי שימוש בתנורים עם אח פתוח, מה שהפחית עוד יותר את העלות של ייצור פלדה ואיפשר לרכבות לחבר בין הערים הגדולות בארצות הברית עד סוף ה -19 מאה.

עם עבודות היסוד למערכת מתקדמת של מסילות ברזל, כל שנותר לעשות היה למצוא א אמצעים להובלת יותר אנשים ויותר סחורות למרחקים ארוכים יותר לאורך תקופה קצרה יותר של זמן. התשובה הגיעה בצורה של אחת היותר המצאות משמעותיות של ה מהפכה תעשייתית, ה מנוע קיטור, שהיה קריטי להתפתחות הרכבת המודרנית ורכבות.

בשנת 1803 החליט אדם בשם סמואל הומפרי לממן פיתוח של רכב מונע קיטור להחלפת העגלות הרתומות לסוסים על הרכבות החשמליות. ריצ'רד טרוויטיק בנה את הרכב הזה, הקטר הראשון של מנוע הקיטור. ב- 22 בפברואר 1804, הוביל הקטר מטען של 10 טון ברזל, 70 גברים וחמישה עגלות נוספות בתשעה מיילים בין עבודות הברזל בפן-y-Darron בעיירה Merthyr Tydfil, Wales, עד לקרקעית Abercynnon עמק. משך הנסיעה נמשך כשעתיים.

בשנת 1812, ממציא אנגלי ג'ורג 'סטפנסון הפך למהנדס קולייר בקווי הרכבת סטוקטון ודרלינגטון. עד 1814 הוא בנה עבורם את הקטר הראשון שלו. זמן לא רב לאחר מכן הוא שכנע את הבעלים לנסות קטר המונע קיטור. המאמץ הראשון נקרא תנועה. בעוד שטפנסון זוכה לזכותו כממציא מנוע קטר האדים הראשון למסילות ברזל, המצאתו של טרוויטיק מוזכרת כקטר הטרם הראשון.

בשנת 1821 הפך האנגלי יוליוס גריפיתס לאדם הראשון שרשם פטנט על קטר דרכים. עד ספטמבר 1825, באמצעות קטרי שטף של סטפנסון, חברת הרכבות סטוקטון ודארלינגטון השיקה את הרכבת הראשונה שנושאת סחורה וגם נוסעים הנוסעים בלוחות זמנים קבועים. הרכבות החדשות הללו יכלו למשוך שש מכוניות פחם עמוסות ו 21 מכוניות נוסעים בהספק של 450 נוסעים על פני תשעה מיילים בתוך כשעה.

זמן לא רב אחר כך פתח סטפנסון את חברת הקמתו שלו, רוברט סטפנסון וחברה. אב הטיפוס המפורסם ביותר שלו, הרקטה של ​​סטפנסון, תוכנן ונבנה למשפטי Rainhill, אירוע משנת 1829 שנערך על ידי הרכבת ליברפול ומנצ'סטר כדי לבחור את העיצוב הטוב ביותר להנעת הקטרים ​​החדשים שלהם. ה רקטה, הקטר המתקדם ביותר בימיו, זכה בהישג יד והמשיך לקבוע את התקן שבאמצעותו ייבנו רוב מנועי הקיטור במשך 150 השנים הבאות.

הקולונל ג'ון סטיבנס נחשב לאב למסילות הברזל בארצות הברית. בשנת 1826, סטיבנס הדגים את היתכנותה של תנועת הקיטור במסלול מעגלי ניסיוני שנבנה באחוזתו בהובוקן, ניו ג'רזי - שלוש שנים לפני שסטפנסון שיכלל קטר אדים מעשי אנגליה.

לסטיבנס הוענק אמנת הרכבות הראשונה בצפון אמריקה בשנת 1815, אך אחרים החלו לקבל מענקים והעבודה החלה על הרכבות המבצעיות הראשונות זמן קצר לאחר מכן. בשנת 1930, פיטר קופר תכנן ובנה את קטר הקיטור הראשון שנבנה על ידי אמריקה, ה- תום אגודל, שיופעל על מסילה משותפת.

חידוש מרכזי נוסף ברכבת של המאה ה -19 לא קשור להנעה או אספקת חשמל. במקום זאת, הכל עסק בנוחות הנוסעים. ג'ורג 'פולמן המציא את מכונית השינה פולמן בשנת 1857. למרות שמכוניות שינה היו בשימוש ברכבות אמריקאיות מאז שנות ה -30 של המאה ה -19, מכונית פולמן הייתה תוכנן במיוחד לנסיעה נוסעים לילה ונחשב לשיפור ניכר בהשוואה אליו קודמים.

בעוד שקטרים ​​המונעים על ידי קיטור השפיעו ללא עוררין על התחבורה וההתרחבות הכלכלית במהלך 19^th המאה, הטכנולוגיה לא הייתה ללא חסרונותיה. אחד הבעיות ביותר היה העשן שנבע משריפת פחם ומקורות דלק אחרים.

אמנם תוצרי הלוואי המזיקים היו נסבלים באזורים הכפריים הפתוחים, אך כבר בשלב מוקדם, הסיכונים שנוצרו כתוצאה מפליטת דלק התבררו יותר ויותר מסילות ברזל התפשטו על אזורים מאוכלסים יותר, אשר בתורם, הצריכו מספר גדל והולך של מנהרות תת-קרקעיות כדי להכיל רכבות שפונות לעיר עירונית. יעדים. במצב מנהרה עשן עלול להפוך קטלני, במיוחד אם רכבת נתקעת מתחת לקרקע. רכבות המונעות על ידי חשמל נראו אלטרנטיבה ברורה אך טכנולוגיית הרכבות החשמליות המוקדמות פשוט לא הצליחה לעמוד בקיטור למרחקים ארוכים.

אב הטיפוס הראשון לקטר חשמלי נבנה בשנת 1837 על ידי הכימאי הסקוטי רוברט דוידסון, המופעל על ידי תאי סוללה גלווניים. הקטר הבא של דוידסון, גרסה גדולה יותר בשם ה- גלוונייצא לראשונה בתערוכה של החברה הסקוטית המלכותית לאמנויות בשנת 1841. הוא שקל שבעה טון, היו לו שני מנועי רתיעה בהנעה ישירה שהשתמשו באלקטרומגנטים קבועים הפועלים על מוטות ברזל המחוברים לגלילי עץ בכל ציר. בזמן שהוא נבדק ברכבת הרכבת אדינבורו וגלזגו בספטמבר 1841, הכוח המצומצם של הסוללות העביר את הפרויקט. ה גלווני לימים נהרס על ידי עובדי הרכבת שראו בטכנולוגיה האלטרנטיבית איום אפשרי על פרנסתם.

המוח של ורנר פון סימנס, הרכבת הנוסעת החשמלית הראשונה, המורכבת מקטר ושלוש מכוניות, גרם לריצת הבכורה שלה בשנת 1879 בברלין. לרכבת מהירות מקסימלית של קצת יותר משמונה מייל לשעה (13 ק"מ). במהלך ארבעה חודשים היא הסיעה 90,000 נוסעים על מסלול מעגלי של 300 מטר. הזרם הישיר של 150 וולט של הרכבת סופק באמצעות מסילה שלישית מבודדת.

קווי חשמליות חשמליות החלו לצבור פופולריות, תחילה באירופה ובהמשך בארצות הברית, לאחר שהראשון הופיע בשנת 1881 בליכטרפלדה ממש מחוץ לברלין, גרמניה. עד שנת 1883 חשמלית חשמלית התנהלה בברייטון, אנגליה, והחשמלית שהשיקה שירות ליד וינה, אוסטריה, באותה השנה הייתה הראשונה בשירות הסדיר שהופעל על ידי קו תקורה. חמש שנים אחר כך עגלות חשמליות שעוצבו על ידי פרנק ג'יי. ספרג (ממציא שפעם עבד אצל תומאס אדיסון) עלה למסילה לרכבת הנוסעים של ריצ'מונד יוניון.

קו הרכבת התת-קרקעית הראשונה הושק על ידי הרכבת סיטי ודרום לונדון בשנת 1890. חמש שנים מאוחר יותר, Sprague הציגה מערכת לשינוי משחק מרובה יחידות לבקרת משיכה (MU) לרכבות. כל מכונית הייתה מצוידת במנוע משיכה וממסרים מבוקרים על ידי מנוע. כל המכוניות שאבו כוח מקדמת הרכבת ומנועי המתיחה פעלו באחדות. ה- MUs קיבלו את ההתקנה המעשית הראשונה שלהם עבור הרכבת South Side Elevated Railroad (כיום חלק משיקגו L) בשנת 1897. עם ההצלחה של המצאת Sprague, החשמל השתלט במהרה על אספקת החשמל של הרכבות התחתיות.

בשנת 1895, מתיחה של ארבעה קילומטרים של קו חגורת בולטימור של רכבת בולטימור ואוהיו (B&O) שהתחברה לניו יורק הפכה לקו הרכבות הראשי האמריקאי הראשון שהתחשמל. קטרי קיטור נמשכו עד לקצה הדרומי של הקו החשמלי, ואז נקשרו לרכבות המונעות על ידי חשמל ונמשכו דרך המנהרות שהקיפו את בולטימור.

העיר ניו יורק הייתה אחת המוקדמות שאסרו על מנועי קיטור ממנהרות הרכבת שלהם. בעקבות התנגשות במנהרת פארק אווניו בשנת 1902, הוצא מחוץ לחוק השימוש בקטרים ​​המניבים עשן מדרום לנהר הארלם. הרכבת המרכזית של ניו יורק החלה להשתמש בקטרים ​​חשמליים עד שנת 1904. החל משנת 1915, שירותי שיקגו, מילווקי, סנט פול ורכבת פסיפיק חשמלו שירות מעבר להרי הרוקי ולחוף המערבי. עד שנות השלושים של המאה הקודמת, הרכבת של פנסילבניה חשמלה את כל שטחה ממזרח להריסבורג, פנסילבניה.

עם הופעתן של רכבות המונעות על סולר בשנות השלושים והעשורים שלאחר מכן האטה התרחבות התשתית לרכבות המונעות באמצעות חשמל. אולם בסופו של דבר ישולבו כוח דיזל וחשמל ליצירת כמה דורות של אלקטרו-דיזל וכלאיים שהשתמשו במיטב שתי הטכנולוגיות והיו הופכים לתקן עבור מסילות ברזל רבות שורות.

בשנות השישים ובתחילת שנות השבעים היה עניין רב באפשרות לבנות רכבות נוסעים שיכולות לנסוע מהר הרבה יותר מאשר רכבות קונבנציונאליות. משנות השבעים, עניין בטכנולוגיה מהירה אלטרנטיבית המתרכזת בריחוף מגנטי, או מגלב, בו מכוניות רוכבות על כרית אוויר שנוצרה כתוצאה מהתגובה האלקטרומגנטית בין מכשיר המשולב לאחר המוטמע במסלול ההובלה שלה.

הרכבת המהירה הראשונה רצה בין טוקיו לאוסאקה ביפן ונפתחה בשנת 1964. מאז נבנו מערכות רבות נוספות כאלה ברחבי העולם, כולל בספרד, צרפת, גרמניה, איטליה, סקנדינביה, בלגיה, דרום קוריאה, סין, בריטניה וטייוואן. ארצות הברית דנה גם בהתקנת מסילה במהירות גבוהה בין סן פרנסיסקו ללוס אנג'לס ובחוף המזרחי בין בוסטון לוושינגטון D.C.

מנועים חשמליים והתקדמות בטכנולוגיות הובלת רכבות איפשרו מאז לבני אדם לנסוע במהירות של עד 320 מיילים לשעה. ההתקדמות עוד יותר במכונות הללו נמצאת בשלבי התפתחות, כולל הרכבת התחתית Hyperloop, התחזית להגיע למהירויות של קרוב ל -700 מיילים לשעה, שהשלימו את ריצת המבחן הראשונית המוצלחת שלה 2017.