Паровоз против тепловоза: кто кого заборет
Однако ответ на вопрос в заголовке у железнодорожных инженеров есть. Собственно, они знали на него ответ еще до того, как тепловозы вытеснили паровых собратьев. Потому что сама наука физика против паровозов.
Сила против мощности
Паровоз по своей сути – машина постоянной силы. Иначе говоря, с какой скоростью бы он ни двигался, поршни, до определенного момента, прикладывают к колесам одно и то же усилие, ограниченное максимальным давлением пара в котле.
Теперь давайте вспомним формулу мощности. В системе «СИ» она будет выражаться следующим образом:
P = F * v,
где P – это мощность, F – сила, а v – скорость. Иначе говоря, чем меньше скорость, тем меньше энергии может передать локомотив вагонам.
Чтобы понять, как это прилагается к жизни, давайте возьмем паровоз, развивающий 3000 л. с. на скорости 50 км/ч (именно эта мощность будет прописана в его паспорте). Тогда на скорости 25 км/ч его мощность уменьшится вдвое.
В реальной жизни все несколько сложнее, поскольку вмешиваются другие факторы – аэродинамическое сопротивление, сила сцепления колес с рельсами и прочие. Однако базовая математика остается прежней. Произведя более корректный расчет, инженер-железнодорожник Эл Краг обнаружил, что такой паровоз на скорости 10 км/ч будет иметь мощность всего 666 л. с.!
Теперь взглянем на то, как устроен тепловоз. Если кратко, то его дизельный двигатель вращает генератор электричества, питающий тяговые электромоторы.
И дизель, и генератор, и электромоторы могут развивать полную мощность, независимо от скорости локомотива. То есть, тепловоз – это машина постоянной мощности. Опять же, в реальной жизни это не совсем верно, однако начиная со скорости около 15 км/ч, его отдача мощности остается стабильной.
Подведем итог. Паровозы эффективны только в узком диапазоне скоростей, близких к эксплуатационной скорости. А тепловозы хорошо работают в широком диапазоне скоростей. Поэтому, даже если в паспорте двух локомотивов указана одинаковая мощность и тяговые параметры, в реальной жизни второй работает лучше.
Интересно, что если бы паровоз превратили в пароэлектрический локомотив, то его удалось бы избавить от этой проблемы. Однако гибридная установка с паровым двигателем, питающим генератор, и тяговыми электромоторами оказалась бы слишком громоздкой. Такие эксперименты проводились, однако в конечном итоге тепловозы все же оказались удобнее.