Vì sao trên đường ray xe lửa cứ cách một đoạn lại phải để một khoảng trống nhỏ?

Những người hay đi xe lửa đều biết rằng, cứ một khoảng thời gian ngắn lại nghe thấy âm thanh "lịch kịch" trên suốt chuyến đi. Khi quan sát kỹ trên đường ray, bạn sẽ phát hiện ra rằng cứ cách 10 m, ở giữa hai thanh ray lại có một khoảng cách nhỏ. Vì sao như vậy

Thì ra làm như vậy là để thích hợp với hiện tượng nóng nở ra lạnh co lại của thanh ray.

Các vật thể khi ở ngoài trời đều có hiện tượng là nóng nở ra lạnh co vào. Tức là nhiệt độ tăng cao, thì thể tích tăng lên, khi nhiệt độ giảm xuống, thể tích thu nhỏ lại (nhưng cũng có ngoại lệ, ví như nước đá khi đóng băng, thể tích lại lớn lên, trong điều kiện áp lực thay đổi, sự thay đổi về thể tích của các vật thể cũng khác nhau). Ở nhiệt độ nhất định, độ dài của thanh ray là nhất định. Nhưng khi xảy ra thay đổi nhiệt độ, độ dài, độ rộng và độ cao của thanh ray đều thay đổi. Nếu người ta lắp các thanh ray khít chặt vào nhau, khi tàu chuyển động mọi người sẽ không phải nghe tiếng "lịch kịch" đáng ghét kia nữa. Nhưng do hiện tượng nóng nở ra lạnh co lại, nhất là trong những ngày hè nóng nực, độ dài của thanh ray tăng lên, nếu như không có khoảng lưu không đó thanh ray chỉ còn cách cong lên, điều này hiển nhiên bất lợi cho sự an toàn của tàu.

Vậy khoảng cách giữa hai thanh ray là bao nhiêu thì hợp lý? Để tàu chạy an toàn, khe giữa thanh ray thường có khoảng trống không vượt quá 11 mm. Thí nghiệm cho thấy: khi nhiệt độ môi trường thay đổi 10C, thanh ray sẽ dài ra 0,000011m/1m thanh ray. Tại Trung Quốc, trên các tuyến đường sắt miền Bắc hay miền Nam, giữa mùa đông và mùa hạ có sự chênh lệch nhiệt độ là 800c, Căn cứ vào sự tính toán độ giãn nở mà người ta cho sản xuất các thanh ray có độ dài mỗi đoạn là 12,5m.

Đương nhiên, để nâng cao vận tốc của tàu khi vận hành, đồng thời bảo đảm an toàn, tránh được những tiếng "lịch kịch", mà không còn những khe giữa các thanh ray nữa thì tốt. Trong quá trình luyện kim, người ta đã nghĩ ra nhiều biện pháp để làm thay đổi tính chất của nguyên liệu làm ray, làm giảm tối đa hệ số giãn nở của nguyên liệu, điều đó loại bỏ được hiện tượng nóng nở ra lạnh co lại của thanh ray. Như vậy, độ dài của thanh ray khi chế tạo sẽ lớn hơn, các khe hở giữa các thanh ray sẽ giảm xuống.

Hiện nay, các thanh ray trên các đoạn đường sắt cao tốc đều có độ dài tương đối lớn, các khe hở giữa các thanh ray là rất nhỏ, Như vậy khi đi trên tàu, hành khách sẽ cảm thấy dễ chịu hơn rất nhiều.