Почему при охлаждении длина рельса уменьшается?
Вопрос
Что происходит с длиной рельса, когда он охлаждается, и почему это происходит?
Добавить ответ на вопрос
Извините, у вас нет разрешения отвечать на этот вопрос. Необходима авторизация на сайте.
Регистрация нового пользователя
Важно! При регистрации, просьба вводить только действующий адрес электронной почты. После процедуры регистрации на этот адрес будет отправлено письмо с запросом на подтверждение. Только после подтверждения регистрации, вы сможете получить доступ к функционалу данного сайта.
Ответы ( 2 )
Причина заключается во взаимном расположении молекул в кристаллической решетке металлической рельсы. Температура фактически является мерой расстояния между молекулами. Если это расстояние увеличивается, то рельса нагревается. В обратном случае, когда расстояние сокращается, рельса охлаждается. Это объясняет, почему габаритные характеристики рельсы изменяются вместе с изменением температуры. При нагревании рельса удлиняется, а при остывании – сокращается.
При охлаждении длина рельса уменьшается из-за физического свойства вещества, называемого термическим расширением. Когда рельс нагревается, его атомы и молекулы начинают двигаться быстрее, что приводит к расширению материала и увеличению его длины. То же самое происходит и при охлаждении — атомы и молекулы замедляют свое движение, что вызывает сжатие материала и уменьшение его длины.
Термическое расширение является результатом колебаний атомов в материале. При повышенной температуре энергия колебаний увеличивается, и атомы начинают занимать больше места, приводя к расширению материала. При охлаждении, энергия колебаний уменьшается, и атомы занимают меньше места, что приводит к сжатию материала и уменьшению его длины.
Термическое расширение является важным фактором, который необходимо учитывать при проектировании и строительстве различных конструкций, включая рельсы. При прокладке железнодорожного пути учитывается термическое расширение рельсов, чтобы предотвратить их излишнее сжатие или растяжение при изменении температуры. Для этого используются специальные компенсационные зазоры или устройства, позволяющие рельсам свободно расширяться и сжиматься без повреждений.
В процессе нагревания, как и у любого металлического предмета, рельсы становятся больше. В то же время, они сжимаются при охлаждении. Чтобы предотвратить возможные проблемы, между рельсами оставляют зазоры. Это позволяет избежать выдавливания рельсов в случае их расширения при повышенной температуре. Когда же температура понижается, металл сжимается и зазор между рельсами увеличивается.
Вы, возможно, заметили, что между рельсами имеется небольшой зазор. Во время жаркой погоды рельсы расширяются, а при охлаждении возвращаются в свое первоначальное состояние. Кроме того, крепежные элементы, которыми рельсы прикреплены к шпалам, также не являются неподвижными. В процессе эксплуатации рельсы могут сдвигаться. За год использования путей, рельсы могут сместиться на расстояние от 2 до 25 см.
Изучая физику в школе, мы узнали, что при снижении температуры различные вещества и материалы имеют свойство сжиматься и уменьшаться в размерах. Это происходит потому, что при охлаждении молекулы и атомы теряют свою кинетическую энергию, что делает их менее подвижными и сближает их друг с другом. Из-за этого на холоде рельсы сокращаются в длине, а на жаре они расширяются.
Чтобы предотвратить прогиб рельсов летом из-за их расширения и напряжения, возникающего в местах стыков, создается зазор между рельсами, который компенсирует этот эффект. Таким образом, рельсы могут свободно расширяться без повреждений.
То же самое относится и к проводам на линиях электропередачи. Летом провода оставляют с провисом, чтобы предотвратить их разрыв в зимний период. Если провода были натянуты слишком сильно, то при сжатии из-за холода они могут лопнуть. Поэтому провода оставляют с небольшим провисом, чтобы дать им возможность свободно расширяться и сжиматься в зависимости от температуры.