Nella foto è un modello di un vagone ferroviario introdotto sulla Stockton &Darlington Railway. Come siamo arrivati da qui ai treni ad alta velocità? Foto di Time &Life/Getty Images Affondando per brevi distanze o interi continenti, treni agire come una delle principali forme di trasporto in tutto il mondo. Chiamate anche ferrovie o ferrovie, i treni trasportano nelle loro auto passeggeri o merci, come materie prime, forniture o prodotti finiti - e talvolta entrambi.
Prima delle idee selvagge di persone come i fratelli Wright, Henry Ford e Gottlieb Daimler, avevi opzioni limitate per viaggiare in città e in campagna. Le strade asfaltate non sempre attraversavano la campagna. Anche con le strade, i veicoli trainati da cavalli faticavano ancora a spostare persone e merci, soprattutto in caso di maltempo. Già nel 1550, i tedeschi pragmatici costruivano e usavano sistemi ferroviari in legno, ragionando sul fatto che carri e carri trainati da cavalli potessero viaggiare più facilmente e rapidamente su rotaie di legno che su strade sterrate. Alla fine del 1700, le ruote e le rotaie di ferro avevano quelle di legno rialzate.
Ma fu solo quando la locomotiva a vapore fu inventata nel 1797 in Inghilterra che la ferrovia come la conosciamo iniziò a prendere forma. La Stockton &Darlington Railroad Company in Inghilterra è diventata la prima ferrovia pubblica a trasportare passeggeri e merci. Locomotive a vapore trasportavano sei vagoni a carbone e fino a 450 passeggeri per una distanza di 9 miglia (14 chilometri) in meno di un'ora. I cavalli non potevano superarlo.
Attraverso l'oceano, la B&O Railroad Company si affermò come la prima compagnia ferroviaria degli Stati Uniti nel 1827. Nel 1860, I ferrovieri statunitensi ne avevano posati più di 30, 000 miglia (48, 280 chilometri) di pista, più che in tutto il mondo [fonte:AAR]. Le ferrovie fungevano da principale mezzo di trasporto e rendevano economico e facile spedire rifornimenti e merci, anche per gli eserciti dell'Unione e confederati durante la guerra civile.
Dopo la guerra civile, la rete ferroviaria degli Stati Uniti si espanse di nuovo, e la prima ferrovia transcontinentale del paese fu completata nel 1869. Le città germogliarono lungo le linee ferroviarie, e la ferrovia accelerò l'espansione verso ovest. All'inizio del XX secolo, Le ferrovie statunitensi gestivano 254, 000 miglia (408, 773 chilometri) di pista. Le locomotive diesel avevano sostituito quelle a vapore.
Ma verso la metà del XX secolo, era iniziato il declino delle ferrovie americane. Un sistema autostradale interstatale sviluppato e vaste normative federali hanno messo a dura prova i treni. Nella crisi energetica in corso, però, treni, che funzionano a diesel e talvolta anche a biodiesel, potrebbero riguadagnare la loro precedente popolarità tra i passeggeri mentre ci muoviamo nel 21° secolo.
Non farti deragliare. Resta fermo mentre parliamo di tecnologia ferroviaria, come i treni muovono persone e merci, e cosa potrebbe riservare il futuro del trasporto ferroviario.
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Quando diciamo treno, non intendiamo solo un Thomas the Tank Engine. Piuttosto ci riferiamo all'intero pacchetto:vagoni ferroviari, ferrovia, interruttori, segnali e una locomotiva, anche se non tutti i treni si affidano alle locomotive per trainarli, ma la maggior parte dei treni che menzioneremo lo fanno.
Con le locomotive in testa, seguono vagoni ferroviari accoppiati, pieno di merci e passeggeri, persino animali da circo in alcuni casi. Il binario della ferrovia guida il treno e fa alcune altre cose di cui parleremo più avanti. Poiché molti treni operano sullo stesso binario, interruttori e segnali controllano il traffico. Rompiamolo.
Il lavoro del locomotiva è quello di modificare l'energia chimica dal combustibile (legna, carbone, gasolio) nell'energia cinetica del movimento. Le prime locomotive lo facevano con un motore a vapore, di cui puoi leggere di più in Come funziona la tecnologia Steam. Il locomotiva a vapore durò circa un secolo, ma alla fine è stato sostituito dal locomotiva diesel , una potente meraviglia meccanica che può consistere in un gigantesco motore insieme a alternatori o generatori elettrici per fornire energia elettrica al treno. Infatti, le locomotive diesel hanno il loro articolo:come funzionano le locomotive diesel. Molti treni alternano più locomotive durante la loro formazione per aumentare e distribuire la potenza.
Oltre alle locomotive a vapore e diesel, molti treni funzionano esclusivamente con energia elettrica. Prendono l'elettricità da una terza rotaia, o linea elettrica, lungo la pista. I trasformatori trasferiscono la tensione dalle linee, e la corrente elettrica aziona i motori (AC o DC) sulle ruote. Le locomotive elettriche sono utilizzate nelle metropolitane e in molti sistemi ferroviari per pendolari.
Gli operatori controllano il treno utilizzando l'acceleratore, retromarcia e freno. Il acceleratore controlla la velocità della locomotiva. Il retromarcia consente alla locomotiva di eseguire il backup. Il freno permette alla locomotiva di rallentare e fermarsi. Indipendentemente dal tipo, le locomotive utilizzano freni ad aria compressa e freni a mano per spegnere il motore. I freni pneumatici utilizzano aria ad alta pressione per guidare il piede del freno contro la ruota. L'attrito tra la pastiglia del freno e le ruote rallenta i movimenti delle ruote. L'operatore accelera anche il motore per rallentare il treno, come quando togli il piede dall'acceleratore quando fermi la macchina. Un freno a mano meccanico viene utilizzato anche nel caso in cui i freni ad aria compressa si guastino (di solito quando la pressione dell'aria è insufficiente per azionarli).
Tutti i vagoni ferroviari hanno un sottocarro che contiene ruote e un sistema di sospensione per ammortizzare la corsa. A ciascuna estremità del carrello, accoppiatori , che sono come ganci, collegare le auto.
Cosa c'è sopra il carrello dipende dal tipo di vagone, e ce ne sono diversi.
Continua a leggere per scoprire cosa guida i treni durante i loro viaggi.
I legami in questi binari del treno vicino al Queensland, Australia, sono di legno, e le rotaie che si estendono in lontananza sembrano fatte di acciaio. Tim Graham/Getty Images I binari della ferrovia guidano il treno, fungendo da superficie a basso attrito su cui scorre il treno e spesso trasferendo il peso del treno al suolo sottostante. Il binario può anche fornire energia elettrica lungo la terza rotaia, come ricorderai.
Un binario ferroviario è costituito da due binari d'acciaio paralleli posti a una distanza fissa l'uno dall'altro, chiamato il misura . Il calibro standard è di 4 piedi e 8,5 pollici (1, 435 millimetri). Le rotaie sono collegate tra loro dalla ferrovia cravatte (chiamati dormienti in Europa), che può essere in legno o cemento. I binari sono solitamente imbullonati ai tiranti. I legami sono fissati nella ghiaia o zavorra . La zavorra è spesso costituita da pietre sciolte che aiutano a trasferire il carico alla fondazione sottostante. I tiranti "galleggiano" sulla zavorra e il peso del binario li mantiene stabilizzati.
Quando i ferrovieri posano i binari, spesso usano una guida d'acciaio a fondo piatto che ricorda le travi a I d'acciaio della costruzione. Il binario ha un'ampia base o piede, una rete stretta e una testa (più larga della rete, ma non largo come il piede). I pesi delle rotaie variano da 80 a 160 libbre (da 36 a 73 chilogrammi) per iarda a seconda del tipo di treno che opera sui binari e del paese. I segmenti di binario possono collegarsi tra loro mediante piastre bullonate chiamate piastre a ganascia, ma la maggior parte dei segmenti ferroviari moderni sono saldati insieme per fornire una guida fluida.
Sotto i binari, la pista è a volte ammortizzata o zavorrata. La fondazione può essere fatta di sabbia o cemento. In molti casi, i binari della ferrovia sono sopraelevati rispetto al terreno circostante e dispongono di sistemi di drenaggio per rimuovere l'acqua. Possono anche essere circondati da recinzioni per evitare che animali e persone si aggirino sui binari. Finalmente, i treni elettrici avranno una terza linea di alimentazione o cavi sporgenti che forniscono l'elettricità.
I binari in acciaio possono essere dritti o curvi per guidare il treno poiché l'acciaio si piega facilmente in forma. A seconda della topografia, alcune curve possono essere leggermente inclinate o inclinate per aiutare il treno a rimanere sul binario mentre affronta la curva. In vari punti del percorso, le rotaie potrebbero avere interruttori , che può spostare un treno da un binario all'altro. Interruttori e binario di accompagnamento sono importanti per il controllo del traffico. Per esempio, quando due treni circolano sullo stesso binario, un interruttore può consentire a un treno di fermarsi su un binario di attesa mentre l'altro passa. Un interruttore può anche cambiare la direzione di un treno come spostarlo da un binario nord-sud a uno est-ovest. Molte stazioni ferroviarie hanno cambiare iarde dove i treni vengono assemblati e spostati su vari binari.
Finalmente, segnali lungo i binari tenere informati gli operatori ferroviari sulle condizioni del traffico a monte. I segnali controllano il traffico dei treni proprio come i semafori controllano il traffico automobilistico sulle strade. Oltre ai segnali, molte locomotive dispongono di radio e terminali di computer che monitorano le condizioni del traffico utilizzando le informazioni fornite dai centri di segnalamento, che sono simili alle stazioni di controllo del traffico aereo.
Ora che abbiamo abbassato la meccanica, vediamo come si incastrano per spostare pacchi e persone.
Indicatori del treno e carriUn mito popolare è che lo scartamento standard del treno fosse basato sulla larghezza del carro romano. Questo non è vero, tanto più che i romani non usavano i carri per trasportare merci e rifornimenti. Lo scartamento standard del treno di 4 piedi e 8,5 pollici (1, 435 millimetri) è stato scelto dall'inventore britannico George Stephenson, che progettò il primo sistema ferroviario. Stephenson aveva lavorato con varie ferrovie utilizzate nelle miniere britanniche e si era stabilito su quello che oggi è lo scartamento normale.
I vagoni scoperti di questo treno merci del Wyoming sono pieni di carbone, un carico comune per le ferrovie merci. Michael Melford/Getty Images Le ferrovie sono forse il modo più economico per trasportare merci via terra. Secondo l'Associazione delle Ferrovie Americane (AAR), il sistema ferroviario merci statunitense è leader mondiale per volume di traffico, quantità di merci trasportate, ricavi, convenienza, miglia di pista e altre misure.
Le ferrovie merci statunitensi includono le seguenti categorie:
[fonte:AAR]
Le ferrovie merci trasportano un sacco di cose, ma la voce più comune è il carbone per le centrali elettriche (44 per cento di stazza e 21 per cento di fatturato). Sostanze chimiche, prodotti agricoli, minerali non metallici, le spedizioni miste e altre merci costituiscono le categorie principali. Nel 2007, Le ferrovie di classe I hanno trasportato più di 1,9 miliardi di tonnellate (1,7 miliardi di tonnellate) di merci e hanno guadagnato circa $ 53 miliardi. Le ferrovie merci guadagnano in base al peso delle merci e alla distanza percorsa. L'industria utilizza il tonnellata miglio come unità di base, e le ferrovie di classe I hanno trasportato oltre 1,7 trilioni di tonnellate-miglia nel 2007 [fonte:AAR].
Negli Stati Uniti, le stesse compagnie ferroviarie possiedono i binari della ferrovia. Le concessioni di terra da parte del governo federale alle ferrovie nel 1800 hanno permesso alle ferrovie di possedere i binari. Per di più, Le società ferroviarie merci statunitensi sono di proprietà e gestite da privati, senza sussidi statali. Mentre le ferrovie possiedono alcune delle migliaia di vagoni merci utilizzati, le case automobilistiche e altri spedizionieri in realtà ne possiedono la maggior parte.
I leader internazionali nelle ferrovie merci sono gli Stati Uniti, Russia e Cina. A differenza degli Stati Uniti, Le ferrovie europee sono per lo più di proprietà del governo. Trasportano principalmente passeggeri e, in misura molto minore, trasporto. Però, questa configurazione sta cambiando, e il trasporto di merci sta diventando sempre più importante. Le ferrovie europee non guadagnano tanto trasportando merci quanto le loro controparti statunitensi. La loro situazione sembra essere simile a quella delle ferrovie merci statunitensi prima dell'approvazione dello Staggers Rail Act del 1980.
Sul fronte passeggero, però, Le ferrovie europee sono milioni di metri avanti, come leggerai di seguito.
Staggers Rail Act del 1980Prima del 1980, Le ferrovie statunitensi erano pesantemente regolamentate dal governo federale, che fissano le tasse che le ferrovie potrebbero addebitare, tra molti altri regolamenti. Negli anni '70, le ferrovie erano quasi in bancarotta. Il Congresso potrebbe deregolamentare le ferrovie o nazionalizzarle. I legislatori hanno optato per la prima. Lo Staggers Rail Act del 1980 ha dato alle ferrovie la libertà di determinare i percorsi di trasporto, fissare tariffe per la movimentazione delle merci e snellire le procedure per la vendita delle linee ferroviarie. L'atto ha fissato le tariffe massime che le ferrovie potrebbero addebitare e le procedure per prevenire gli abusi da parte delle compagnie ferroviarie. Poiché l'atto è stato approvato, le ferrovie sono diventate più competitive e hanno aumentato significativamente i loro ricavi e il volume di traffico. Sembra che le ferrovie possano essere una fonte di guadagno.
La lounge sul treno Coast Starlight di Amtrak sembra abbastanza comoda, quindi perché non ci sono più persone che viaggiano sull'unica ferrovia passeggeri a livello nazionale negli Stati Uniti? Lee Foster/Getty Images All'inizio dei viaggi in treno negli Stati Uniti, le ferrovie merci offrivano servizi ai passeggeri, ma non ha fatto molti soldi. Nel 1970, Il Congresso ha creato Amtrak per rilevare i servizi passeggeri dalle compagnie ferroviarie merci. Amtrak gestisce servizi di corridoio tra le principali aree urbane della costa orientale, Midwest e costa occidentale. Offre anche servizi di cross country.
Amtrak opera su binari di proprietà delle ferrovie ospitanti. Infatti, Il 70% delle rotte Amtrak è di proprietà di compagnie di trasporto merci di Classe I. Serve più di 500 destinazioni in 46 stati. Nel 2007, Amtrak ha trasportato 25,8 milioni di passeggeri (in media 70, 000 passeggeri su 300 treni al giorno).
Amtrak riceve federale, sostegno statale e locale in cambio dell'offerta di servizi passeggeri e pendolari. Nonostante il sostegno del governo e l'aumento dei passeggeri, Amtrak non ha realizzato profitti. Nel 2007, Le spese di Amtrak hanno superato i suoi ricavi di circa $ 1 miliardo. Una delle potenziali ragioni del deficit è il fatto che Amtrak deve affrontare una forte concorrenza da parte di automobili e compagnie aeree, ma ne parleremo più avanti.
Al contrario, I sistemi ferroviari europei sono dedicati principalmente al traffico passeggeri. La maggior parte delle ferrovie europee è di proprietà del governo. Nel 1959, il Gruppo Eurail è stato creato per gestire l'aumento del carico turistico. L'organizzazione coordina e commercializza il traffico ferroviario di passeggeri in 30 paesi europei. La rete europea collega la maggior parte delle città europee. I treni ad alta velocità di Eurail sono diventati competitivi con le compagnie aeree e sono più efficienti delle automobili.
Russia, Cina, Corea, Il Giappone e l'Australia offrono anche un servizio ferroviario per passeggeri. Ogni paese ha una vasta rete ferroviaria per i viaggi dei passeggeri. Per di più, la rete ferroviaria europea viene collegata alle ferrovie che viaggiano in Cina, India e Sud-Est asiatico. Però, non tutti i paesi o continenti hanno stabilito reti ferroviarie internazionali. Né l'Africa né l'America centrale o meridionale vantano reti di questo tipo. E mentre il Messico, Perù, Brasile, Sud Africa e Marocco hanno treni, tali treni operano su binari situati esclusivamente all'interno di tali paesi.
Non possiamo lasciare che questa pagina finisca con la menzione di alcuni dei nostri famosi treni passeggeri preferiti.
I viaggi in treno prenderanno piede in più di pochi paesi selezionati? Continua a leggere per scoprirlo.
Hai intenzione di vedere il mondo in treno?Stai pensando di fare un viaggio in treno negli Stati Uniti? Puoi conoscere i percorsi, orari, e prenotazioni online sulla home page di Amtrak. Se sei diretto in Europa, potresti voler cercare le rotte e gli orari dei passeggeri di Eurail, così come le prenotazioni, sulla home page di Eurail.
I treni ad alta velocità come il treno TGV francese potrebbero dominare le rotaie in futuro, ma di tanto in tanto cadono in relitti spettacolari, pure, proprio come un normale vecchio treno. Michael Dunning/Getty Images Il successo del sistema ferroviario merci statunitense ha dimostrato che lo spostamento delle merci su rotaia può essere economico, efficiente e redditizio. I treni sono una parte essenziale dell'infrastruttura di un paese, quindi come sarà il loro futuro?
Il futuro del trasporto ferroviario sarà dettato dal prezzo e dalla disponibilità del petrolio, la determinazione dei governi a trovare modalità di viaggio alternative e la domanda pubblica di condizioni economiche, trasporto veloce. Per esempio, L'elevato traffico ferroviario di passeggeri in Europa è stato determinato in parte dal precedente storico e dal prezzo della benzina. È migliorato con i progressi dei treni ad alta velocità e delle linee ferroviarie dedicate ai passeggeri.
Negli Stati Uniti, il traffico ferroviario passeggeri non ha preso piede per diversi motivi:
Però, con l'aumento dei prezzi del petrolio, Gli americani cercheranno mezzi alternativi per i viaggi a lunga distanza, e i treni sono un buon candidato.
Ma riorganizzare le ferrovie statunitensi per il traffico passeggeri non sarà facile. Per esempio, i viaggiatori molto probabilmente vorranno treni ad alta velocità come quelli in Europa e in Giappone. Ma i treni ad alta velocità sono costosi da costruire e mantenere. Funzionano anche meglio su ferrovie passeggeri dedicate. Per di più, le ferrovie devono raggiungere più città e destinazioni di quanto non facciano ora. Così, rendere le ferrovie una delle principali forme di trasporto passeggeri richiederà investimenti per espandere e migliorare i sistemi ferroviari. Resta da vedere se questa espansione sarà effettuata dal governo o da società private. E probabilmente non accadrà fino a quando non aumenterà la domanda pubblica per il trasporto ferroviario di passeggeri.
Nuove tecnologie come la levitazione magnetica o i treni a levitazione magnetica possono aumentare ulteriormente la velocità dei treni. Questi treni non hanno ruote ma viaggiano su binari magnetici superconduttori, ma sono costosi da costruire e mantenere.
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