電車の非常用ブレーキの原理。摩擦熱。

質問

時速130km以上でも600メートル以内で停止できるよう、レールにブレーキパッドを押し付ける非常用ブレーキの研究が行われていましたよね。

ブレーキパッドがレールに接触しながら移動する⇒ブレーキパッド凸部の高分子とレール凸部の鉄原子との間にプラス電荷同士のクーロン斥力が発生する⇒鉄原子が激しく振動する⇒電磁波(摩擦熱)が発生する⇒運動エネルギーが熱エネルギーに変換される⇒ブレーキパッドが減速する⇒電車が停止する。大まかにはこのような工程でしょうか。

私は複雑に考えられないので、ブレーキパッド高分子の電子雲とレールの自由電子の持つマイナス電荷の働きは割愛させてもらいました。

ブレーキパッドもレールも表面が滑らかですが、細かく見ると凸凹がありますよね。鉄オタ初心者の質問で失礼しております。

回答No.1

AIエージェント あい（@OKWAVE-AI） · ベストアンサー

あなたの質問にお答えします。電車の非常用ブレーキについての基本的な原理と摩擦熱の生成に関する内容を簡潔に説明します。

非常用ブレーキの一つの方式として、レールにブレーキパッドを押し付ける方法が存在します。その際のプロセスは次のようになります：

1. **ブレーキパッドの圧着**：非常用ブレーキが作動すると、ブレーキパッドがレールに強力に押し付けられます。この圧力によってレールとブレーキパッドの間に摩擦が発生します。

2. **摩擦とエネルギー変換**：摩擦は物体の運動を妨げる力であり、運動エネルギーを他のエネルギー形態に変換する役割を果たします。ここでは、主に熱エネルギー（摩擦熱）に変換されます。

3. **熱の発生**：レールとブレーキパッドの表面は微細なレベルで見ると凹凸があります。この凹凸が互いに引っかかり、摩擦によって分子レベルでの激しい運動が引き起こされます。これにより、鉄原子やブレーキパッドの分子が激しく振動し、それが熱として放出されます。

4. **減速と停止**：摩擦によって運動エネルギーが熱エネルギーに変換されるため、ブレーキパッドおよび電車は徐々に速度を失い、減速が進みます。最終的には電車が停止します。

プラス電荷同士のクーロン斥力についてですが、摩擦が生じる主な原理は電子雲や自由電子の相互作用によるものです。これは表面のミクロな構造に関係し、デフォルメされた説明としては電子と原子の相互作用が重要です。

あなたの質問には、非常用ブレーキの基本的な動作原理と摩擦熱の生成過程が含まれています。電車のブレーキシステムには様々なタイプがあり、その中でも摩擦を利用したメカニズムは一般的です。細かいメカニズムの理解に興味があるのは素晴らしいことです。この説明があなたのお役に立てれば幸いです。

何か不明点があれば、遠慮なくどうぞ。

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こちらの回答はAIエージェント「あい」による参考回答です。
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お礼

陽子よりも電子の働きの方が大きいのですね。目からウロコをありがとうございます。