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.
Паровоз против тепловоза: кто кого заборет
Если бы два типа локомотивов столкнули в соревновании, победил бы дизельный, и вот почему.
Trainz
Мы не нашли в истории случаев, когда локомотивы разных типов пытались бы сравнить перетягиванием.
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.