القطارات : كيف تسير القطارات بأنواعها المختلفة وما هو مبدأ عملها ؟

سواء كانت المسافة بسيطة أو كبيرة عابرة للقارات، تعد القطارات من أشهر وسائل النقل حول العالم والتي تحمل في عرباتها الركاب أو البضائع أو كليهما في بعض الأحيان عندما نتحدث عن القطارات فنحن لا نعني فقط العربات التي تسير من محطة لأخرى، بل يقصد بها منظومة متكاملة تشمل عربات القطار وقضبان السكك الحديدية ومحولات المسار وإشارات التوقف وعربات السحب الرئيسية والتي على الرغم من أن بعض القطارات لا تعتمد عليها إلا أن الغالبية العظمى لا يمكنها السير بدون عربة للسحب.

تعرف على كل ما يخص القطارات

قضبان السكك الحديدية ودورها في سير القطارات

تعمل قضبان السكك الحديدية على توجيه مسار القطار إلى الوجهة المطلوب الوصول إليها، وذلك بكونها أسطح احتكاك خاصة تسير عليها عجلات القطار فتوفر خاصيتين هامتين تعدان الضامن الأول والأوحد لسير القطار في مساره وعدم خروجه عن القضبان وهما:

• ثقل وزن القطارات المحملة بالركاب أو بالبضائع يتم نقله عبر القضبان إلى الأرض المثبتة عليها مما يساعد على سير القطارات في مسارها المحدد لها وعدم الانحراف عن القضبان بأي حال من الأحوال.
• كما أن الاحتكاك الناتج عن سير عجلات القطار فوق قضبان السكك الحديدية-ولو كان بدرجة بسيطة-يولد شحنة كهربية تعمل على تجاذب المعدن الموجود في عجلة القطار مع المعدن المصنوع منه قضبان السكك الحديدية مما يوفر ثباتاً أكثر للقطار ودرجة عالية من السلامة.
• وتتكون قضبان السكك الحديدية من صفين متوازيين من الحديد الصلب يتم تثبيتهما في الأرض بحيث تظل المسافة بينهما ثابتة لا تتغير وتعرف عالمياً بالمقياس والذي يبلغ حوالي أربعة أقدام أو 1500 ملم، يتصل القضيبين المتوازيين معاً بروابط السكة الحديدية المثبتة باتجاه أفقي والتي يتم تصنيعها عادة من الأخشاب أو من الخرسانة الإسمنتية وأحياناً من المعدن، كما يتم ملئ الفراغات الموجودة بين القضيبين والروابط وحولهما من الخارج بقطع من الصخور صغيرة الحجم نسبياً حتى تزيد من درجة نقل أوزان القطارات إلى الأرض مما يساعد على تثبيتها على القضبان أكثر وأكثر. وبذلك تختلف القطارات في أنواعها والقوة المحركة وأساليب قطرها وكذلك تختلف السرعة التي تتحرك بها فلقد مرت القطارات عبر العصور بالعديد من المراحل والتغييرات تعال معي عزيزي القاري لنلقي نظرة سريعة عليها:

القطارات البخارية

كانت القطارات البخارية هي البذرة الأول لفكرة القطارات في كل العالم والتي تعتمد بشكل كلي على الوقود الأحفوري كمصدر طاقة، ففي البداية اعتمدت هذه القطارات بشكل كامل على الفحم كمصدر للطاقة ثم تطورت بعدها لتعتمد على مصادر ومشتقات بترولية أخرى. وكانت تعتمد تلك القطارات في حركتها على البخار الناتج من احتراق المواد البترولية.

الفكرة الأولى لتلك القاطرات منسوبة إلى الويلزي ريتشارد تريفيثيك والذي تمكن من صناعة أول قاطرة بخارية في التاريخ في عام 1804، وبعدها تم افتتاح أول سكة حديد عرفتها البشرية في عام 1825 في مناجم كلينجورث في إنجلترا بطول 40 كيلو متر بواسطة المهندس الإنجليزي جورج ستيفنسون. وسمى قطاره الأول والأشهر في التاريخ وقتها باسم “لوكوموسيون” والذي اعتمد عليه مخترعه في نقل البضائع ولكن بعدها تطورت فكرة القطارات لتستطيع نقل البشر، واعتمد البشر على تلك القطارات لأكثر من قرن حتى بعد ظهور القطارات الكهربائية على الرغم من العيوب الكثيرة للقطارات البخارية؛ فعلى سبيل المثال تعتمد تلك القطارات على الوقود الأحفوري كمصدر للطاقة وكما هو معروف أن تلك المصادر من الوقود هي مصادر غير متجددة وتحمل الكثير من المخاطر والتهديدات على البيئة والبشر والتي تتمثل في العوادم السامة والمخلفات الضارة مثل غازات وأكاسيد الكربون، كما أن تلك القطارات لا تتحرك بسرعة كبيرة كالقطارات الكهربائية وفائقة السرعة التي يتم الاعتماد عليها بشكل كلي حاليا إلا أنها كانت واحدة من وسائل النقل الأكثر أماناً وسرعة وقتها وكذلك سهولة واعتماداً على محطات للركاب.

قاطرات الديزل

هو النوع الأكثر انتشاراً والأكثر شهرة في القطارات، حيث يتم استخدامه في أغلب دول العالم، فهذه القطارات تعمل كمحطات قدرة متنقلة وبها محرك الديزل والذي يعمل على ضغط الهواء في حجرات الأسطوانات بالقدر الذي يكفي لإنتاج حرارة تتسبب في إشعال الوقود اللازم لتحريك القطار، وقد تميزت هذه القطارات وانتشرت على مستوى عالمي نظراً لما تتمتع به من مميزات هائلة تميزها عن القطارات البخارية؛ فهي تعمل لمسافات طويلة جداً دون الحاجة إلى التزويد بالوقود، وبما أنها مولدة للقدرة اللازمة لتحريكها فهي تستطيع العمل بأي مكان به قضبان سكك حديدية، كما أنها تنتج قدرات حصانية عالية في محركاتها تصل إلى أكثر من ستة ألاف حصان مما يتيح لها جر أوزان ثقيلة جداً وبسرعات عالية جداً قد تتجاوز الثلاثمائة كيلو متر في الساعة عن نظيرتها من القطارات البخارية، كما أن تكلفة تشغيل تلك القطارات لا تقارن بالقطارات البخارية إذ أنها نادراً ما تحتاج إلى صيانة وبالطبع لا تسبب نفس القدر من التلوث الذي تنتجه القطارات البخارية، وتتزايد الآن المطالبات لتحل تلك القطارات محل القطارات الكهربائية أيضا نظراً للسرعات العالية التي تسير بها تلك القطارات والتي تتساوي مع سرعات القطارات الكهربائية السريعة، وأيضا لقلة حاجتها للصيانة وكذلك بسبب طول عمرها.

القطارات الكهربائية

منذ تمكن المهندس الأمريكي جرانفيل تي وودز من الحصول على براءة اختراع القطار الكهربائي في العام 1891 والقطارات الكهربائية آخذة في الانتشار على مستوى العالم، وتتخذ تلك القطارات العديد من الهيئات فمنها القطارات لنقل الركاب والتي تتميز بسرعاتها الفائقة، وتستخدم أيضاً في نقل البضائع، كما أنها تستخدم في أنظمة السكك الحديدية التي تعمل تحت الأرض والمعروفة باسم مترو الأنفاق وبعض أنظمة السير فوق الأرض، كما تتجلى تلك القطارات في الترام والذي يستخدم داخل العديد من المدن الشهيرة.

كما يروي اسمه فالقطار الكهربائي يعتمد على الكهرباء كمصدر للطاقة والحركة؛ فبدلاً من وجود آلة أو محرك أو وقود داخل القطار فإن القطار الكهربائي يعتمد على طاقة كهربية مستمدة من سلك فوق القطار أو القضيب المعدني الذي يمثل جانبي السكة الحديدية، وفي بداياته واجه اختراع القطار الكهربائي العديد من المشاكل كانت أبرزها مصدر الطاقة إذ أن تكلفة الإمداد بالكهرباء لتلك القطارات كانت عالية جدا في البداية ولكن مع اختراع القوس الكهربائي بات إنتاج كمية كهرباء ذات فولت عالي وبتكلفة منخفضة أمر شائع، وفي منتصف القرن الماضي حققت تلك القطارات انتشاراً واسعاً، فبالإضافة إلي أنها صديقة البيئة حيث أنها لا تنتج عوادم عند مقارنتها بالقطارات البخارية تتميز أيضاً تلك القطارات بسرعتها العالية التي قد تتجاوز مائتين وخمسين كيلو متر أحياناً، كما أنها لا تصدر ضجيج كالقطارات البخارية وقطارات الديزل، لذلك تستخدم تلك القطارات بكثرة لنقل الركاب من مدينة لأخرى وكذلك هي الأفضل في نقل الركاب داخل المدن والمناطق الآهلة بالسكان.

القطارات العائمة

هي الصورة الأحدث والأكثر تطوراً في كل صور القطارات، إذ أن أول ظهور لها كان في العام 2002 في القطارات التجارية في مدينة شنغهاي بالصين، وتعتمد تلك القطارات على الدفع الكهرومغناطيسي للحركة، وتحلق فوق مسارها بمسافة تتراوح بين 1:10 سم. وتتميز تلك القطارات بسرعتها الفائقة التي تتجاوز الخمسمائة كيلومتر في الساعة إلا أن إنتاج تلك القطارات يحمل تكلفة عالية جداً، لذلك لا تحظى بالانتشار الواسع الذي تحظى به قطارات الديزل والقطارات الكهربائية.

مستقبل القطارات

إن النجاح الساحق الذي حققته القطارات كوسيلة لنقل البضائع أو الركاب جعلت منها جزء أساسي لا يتجزأ من البنية التحتية لأي دولة، ولكن كيف سيكون شكل مستقبل القطارات؟ الإجابة تعتمد بشكل رئيسي على حالة الاقتصاد العالمي ومدى توافر الإمكانات اللازمة لتسيير وإنتاج وتطوير القطارات وهل ستتواجد وسائل نقل أخرى أكثر سهولة وتوفيراً للنفقات وشيوعاً من القطارات أم لا.