O simples truque da física que ajuda os trens a permanecerem em seus trilhos

Você já viu um trem passando? Em caso afirmativo, você deve estar se perguntando como a composição consegue se manter nos trilhos. O segredo está nas rodas do trem. Embora pareçam cilíndricas à primeira vista, ao olhar mais de perto você notará que elas são projetadas como uma forma ligeiramente semicônica, que aumenta a estabilidade do trem e permite que faça as curvas sem nenhuma derrapagem das rodas. Claro, nunca chegue perto de um trem em funcionamento! Essa geometria especial, de fato, é o que mantém os trens nos trilhos.

As rodas de cada lado de um vagão são conectadas por uma haste de metal chamada eixo. Este eixo mantém as duas rodas do trem movendo-se juntas, ambas girando na mesma velocidade quando o trem está em movimento.

Esta construção é ótima para vias retas. Mas quando um trem precisa fazer uma curva, o fato de que as duas rodas estão sempre girando na mesma velocidade pode se tornar um problema. A parte externa de uma curva é um pouco mais longa do que a interna, de modo que a roda do trilho externo realmente precisa cobrir uma distância maior do que a roda do trilho interno. Mas como uma roda pode cobrir uma distância maior que a outra se ambas estão girando na mesma velocidade? Neste pequeno vídeo, Tadashi Tokieda explica como essas rodas cônicas mantêm os trens nos trilhos.

Como o formato da roda é ligeiramente cônico, isso faz com que a parte interna da roda tenha uma circunferência maior do que a parte externa da roda. Elas também têm um flange, ou borda elevada, no lado interno para evitar que o trem caia dos trilhos. Quando um trem com rodas inclinadas gira, a força centrífuga empurra a roda externa para a parte maior do cone e empurra o roda interna para a parte menor do cone, como explica Richard Feynman no seguinte vídeo.

Como resultado, quando um trem está girando, ele está momentaneamente rodando sobre rodas que são efetivamente de dois tamanhos diferentes. À medida que a circunferência da roda externa se torna maior, ela é capaz de percorrer uma distância maior, embora gire na mesma proporção que a roda interna menor. O trem continua nos trilhos com sucesso!