じぶん更新日記・隠居の日々
1997年5月6日開設
Copyright(C)長谷川芳典



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　以前からチャンネル登録しているこちらの動画で、インターネット閲覧の応答速度を上げる方法が紹介されていた。
　私の家ではこれまで大手の光回線を使っており、リンク先をクリックするとほぼ瞬時に画面が切り替わるため応答速度を意識したことがなかった。ところが、たぶん今年に入ってからだと思うが、時たまなかなか画面が切り替わらず、時には再読み込みを促されることもあった。
　ということでさっそく設定変更をしたところ、ここ数ヶ月ほどに発生した応答の遅延は起こらなくなった。といってもまだ1日だけのことであり、もう少し試してみないと確かなことは言えない。




2024年5月4日（土）



【連載】チコちゃんに叱られる!　「電車が曲がれる理由」と佐藤信さんの謎

　5月3日（金）に初回放送された表記の番組についての感想・考察。この日は、「大型連休だから大型特番！ そうよ、人が休むときこそ働くエンタメ業界！ 82分拡大スペシャル｣と銘打って以下の話題が取り上げられた。
  1. なぜ電車は曲がれる？
  2. なぜカッターナイフの刃がボキボキ折れるようになった？
  3. なぜ植物は声を出さない？
  4. こんなんのコーナー：「アリストテレスの錯覚｣「2本の鉛筆が磁石のように離れなくなる錯覚｣
  5. なぜ直毛の人とくせ毛の人がいる？
　本日はこのうちの1.について考察する。

　さて1.の電車の疑問であるが、放送では「車輪が紙コップみたいな形をしているから 」が正解であると説明された。香月良太さん（鉄道博物館）とナレーションによる解説は以下の通り。
  1. 電車に限らず一般的な鉄道車両には自動車のようなカーブを曲がるハンドルはない。アクセルの役目をするのはマスコンハンドル、ブレーキの役目をするのはブレーキハンドルといい、主にこの2つを動かして運転する。
  2. 電車の車輪の内側にはフランジと呼ばれるつばが付いているが、これは走行時に車輪がレールから外れるのを防ぐ役割をしているのであって、カーブを曲がるためのものではない。
  3. 鉄道博物館にある『カーブをうまく曲がる工夫はなに？　〜曲がれる写真と曲がれない車輪』という体験学習コーナーで実際に実験が行われた。
    • 上下が水平な車輪（自動車のタイヤのような接地面が平べったい車輪）はまっすぐ進もうとするため、レールに添うことなく脱線。
    • 紙コップ型（もしくは植木鉢を横にしたような形でレールの中心側のほうが太くなっている）の車輪を転がすと脱線しない。
  4. 電車の車輪も外側に向けて傾斜がある（外側のほうが細くなっている）。
  5. 似た形の紙コップを転がすと、直径が長い方は長い距離を転がり、直径が短い方は短い距離を転がる。列車が曲がる仕組みはこの紙コップと同じ。
  6. レールは直線の場合は同じ長さだが、カーブでは内側のレールは短くなっているため、両端の直径が同じ車輪だと、カーブの内側と外側の車輪が進む距離が同じになるためレールに添って走ることができず脱線してしまう。いっぽう車輪に傾きがついていると、カーブの外側では車輪の直径が長い部分（太い部分）、内側では直径が短い部分（細い部分）がレールに接するためレールに添って進むことができるので、運転士がハンドルで操作しなくても自然に曲がることができる。
　放送ではさらに、日本で唯一という、大阪市此花区にある車輪工場での車輪の製造工程が紹介された。また、この工場には鉄道好きの従業員が多いということから、オススメの鉄道カーブ3景を紹介してもらった。
  1. 京阪京津線の逢坂山カーブ：電車がほぼ直角に曲がる。
  2. JR山陽本線の広島県瀬野駅と八本松駅の間にあるキューカーブ：レール輸送列車が通ると、カーブに合わせて積荷のレールがクネクネ曲がる様子を眺めることができる。レールは縦方向には強いが左右方向には曲がりやすいという性質がある。
  3. 京阪本線の光善寺駅：駅自体がカーブしており、特急列車も曲がりながら通過ので乗っているとカーブの醍醐味を味わうことができる。


　ここからは私の感想・考察になるが、電車がなぜカーブで曲がれるのかについては子どもの頃から疑問に思っていた。最初はバスと同じように運転士がハンドルを切っているのかとも思っていたが、そのうち線路と車輪の特性によるものではないかと考えるようになった。もっともこれまでは、カーブにさしかかると『フランジ』とレールが押し合うようになって左右方向に力が働き、しぜんに曲がるのではないかと思っていた。またカーブの内側と外側でレールの長さが違っていても脱線しないのは左右の車輪の回転速度を変えて調整しているのではないかと思っていた。

　ちなみに、ウィキペディアによると鉄道車輪のフランジは以下のように解説されていた【要約・抜粋】
  1. 鉄道の車輪におけるフランジは通常は線路の内側にのみ設けられている。
  2. 信号場などの分岐点では、このフランジが分岐部分の外側の線路（分岐器のポイント部）をこすることで進路を転換させている。
  3. 特殊な目的で使用される車輪には両側にフランジが付いているもの、逆にフランジが付いていないものがある。例えば、単線交走式のケーブルカーでは、車両同士の行き違い箇所で進入する線路を一方に固定するために、片方の車輪には両側にフランジがあり、もう片方の車輪にはフランジが付いていない。
  4. カーブで線路に掛かる圧力を軽減する目的で、一部の車輪でフランジを取り除いた車両も存在する。
  5. 鉄道が近代的な交通機関として発展を始める以前には、鉱山における貨物輸送のトロッコなどで、車輪にはフランジがなくレールの側にフランジがついていて脱線を防ぐ構造になっていたものも存在した。

　さて車輪の形状の話題に戻るが、ウィキペディアの当該項目に車輪の形状についての詳しい説明があった。その中に、
鉄道車両用車輪のレールと接触する部分を踏面と呼ぶ。踏面は円錐形のような形をしており、カーブにおいて輪軸の舵を取る効果を有する。カーブにさしかかると遠心力により外周側に輪軸が向かい、車輪の径がより大きな部分がレールに乗る。内周側では逆に、車輪の径がより小さな部分がレールに乗る。このことで外周側がより大きな距離を進むことになり、カーブを曲がることになる。この動作は、輪軸を単独でレール上を転がしたときでも起こり、自己操舵機能という。したがって、フランジは極端に急なカーブなど場合のみ働く。しかし、この自己操舵機能は直線路において左右に繰り返し運動を引き起こす原因にもなる。この点についての詳細は蛇行動を参照。
という記述があった。

　放送の説明を聞いた限りでは、車輪の直径はなぜ外側のほうが小さいのか、なぜ逆にできないのか？【←外側が太くレールの中心側が細いという意味】 ということがイマイチ分からなかったが、これは遠心力が働くためということが分かった。もし車輪の直径が外側のほうが太いと、遠心力により太いほうが接地してしまうため、またたく間に脱線してしまいそうだ。

　それでもまだ分からないのは、車輪にこのような勾配があると、平らなレールと車輪が接する面積はとても狭くなり、車輪が回転する力がレールに十分に伝わらなかったり、ブレーキをかけてもなかなか止まらないのではないのかという点である。ま、ブレーキがかかりにくいのは事実ではあるが、なぜ高速走行ができるのかはイマイチ分からない。

　あと線路が直線であっても横風などで左右2つの車輪がレールに接する時の車輪の直径が異なるケースが出てくるはず。そうすると左右2つの車輪が進む速さが異なってくるため左右方向の力が働いて横揺れが生じるはずだ。そして車輪がずれると今度は逆方向に力が働くと予想される。上記の説明文にある蛇行動というのはたぶんそんなことを言うのだろう。

　なお、Bingに、

●電車がカーブで曲がれるのは車輪が円錐状（コップ型）になっているためだそうですが、これを発明したのは誰ですか？

と質問したところ、以下のような回答をいただいた。
電車の車輪が円錐形であることは、カーブを曲がる際の重要な要素です。この天才的な発明を詳しく探ってみましょう。

- **円錐形の車輪**:
- 電車の車輪は、円錐を切り取ったような形状をしています。外側に行くほどレールとの接触部分の半径が短くなります13.
- この特殊な形状により、カーブを通過する際に輪軸が舵を取り、安定した走行が可能になります。

- **発明者**:
- このアイデアの発明者は、日本の鉄道技術者である**佐藤信**さんです。
- 佐藤さんは、円錐形の車輪を採用することで、電車のカーブ走行を効率的に実現しました。
- この発明は、鉄道車両の安全性と快適性に大きく貢献しています13.

佐藤信さんの天才的なアイデアにより、電車はスムーズにカーブを曲がり、私たちの日常生活を支えています。13

(1) 電車の車輪の形に隠されたおもしろい工学 - YouTube. https://www.youtube.com/watch?v=PwxKAEHEmPk.
(2) 電車の車輪の秘密: 仕組みから空転を防ぐテクノロジーまで徹底 .... https://www.useful-goods.info/train-wheel/.
(3) 輪軸 (鉄道車両) - Wikipedia. https://ja.wikipedia.org/wiki/%E8%BC%AA%E8%BB%B8_%28%E9%89%84%E9%81%93%E8%BB%8A%E4%B8%A1%29.
(4) undefined. https://t.me/sabinmathew.
(5) undefined. https://www.justglobal.jp/japanese.
(6) undefined. https://www.youtube.com/channel/UCqZQJ4600a9wIfMPb.
(7) undefined. https://bing.com/search?q=.
　回答の前半はよいのだが、後半に登場する佐藤信さんというのはどういう方かよく分からなかった。何かの間違いではないだろうか？
　あと、出典の中にあったYouTube動画では、今回の放送内容より分かりやすい解説があったが、発明者が誰なのかは言及されなかった。

　次回に続く。