Номер 18, страница 121, часть 1 - гдз по физике 7 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 1. Глава III. Движение и взаимодействие тел. Параграф 15. Силы трения - номер 18, страница 121.

Условие.

18. Почему рельсы, а также колёса железнодорожных вагонов изготовляют из стали?

Решение.

Рельсы и колёса железнодорожных вагонов изготавливают из стали, поскольку сталь обладает уникальным набором физико-механических и экономических характеристик, которые делают её практически незаменимым материалом для этих целей. Выбор стали обусловлен несколькими ключевыми причинами.

Высокая прочность и твёрдость

Рельсы и колёса испытывают огромные нагрузки от веса многотонных составов. Сталь, как сплав железа с углеродом и другими легирующими элементами, обладает чрезвычайно высокой прочностью на сжатие, изгиб и растяжение. Это позволяет рельсам сохранять свою форму под давлением поезда, а колёсам — выдерживать вес вагона и эффективно передавать тяговые и тормозные усилия. Высокая твёрдость поверхности стали, достигаемая специальной термообработкой, предотвращает образование вмятин и повреждений при контакте.

Износостойкость и долговечность

В точке контакта колеса и рельса возникают очень высокие контактные напряжения и силы трения, которые приводят к интенсивному износу. Для производства рельсов и колёс используют специальные марки стали (высокоуглеродистые, легированные марганцем, кремнием и др.), которые обладают повышенной износостойкостью. Это свойство обеспечивает длительный срок службы железнодорожного пути и колёсных пар, что сокращает расходы на их ремонт и замену.

Пластичность и ударная вязкость

Несмотря на высокую твёрдость, сталь не является хрупким материалом. Она обладает достаточной пластичностью (способностью к пластической деформации без разрушения) и ударной вязкостью (способностью поглощать энергию удара). Эти качества критически важны для обеспечения безопасности движения. Они позволяют колёсам и рельсам выдерживать динамические и ударные нагрузки, возникающие при прохождении стрелочных переводов, рельсовых стыков и при наличии неровностей на пути, без образования трещин и хрупкого разрушения.

Технологичность и экономическая целесообразность

Сталь — технологичный материал, который хорошо поддаётся обработке. Рельсы получают методом горячей прокатки, а колёса — ковкой или литьём с последующей сложной механической и термической обработкой. Технологии производства стальных изделий хорошо отработаны и позволяют получать продукцию сложной формы с требуемыми свойствами в больших объёмах. Кроме того, по сравнению с другими материалами, обладающими схожими характеристиками (например, титановыми сплавами), сталь значительно дешевле. Её стоимость обеспечивает оптимальное соотношение цены и качества для такой масштабной отрасли, как железнодорожный транспорт.

Ответ: Рельсы и колёса железнодорожных вагонов изготавливают из стали, потому что она обладает наилучшим сочетанием высокой прочности, твёрдости, износостойкости, ударной вязкости и пластичности. Эти свойства, вкупе с отработанной технологией производства и относительно невысокой стоимостью, обеспечивают безопасность, надёжность и долговечность эксплуатации железнодорожного транспорта.