Tại sao đường ray nào trên đường sắt cũng đều có hình chữ "I"?

Trong cuộc sống, bất cứ chúng ta ai cũng nhìn thấy đường sắt một lần. Và nếu đi tàu hỏa thì chắc chắn phải đi qua các đường ray trên đường sắt. Đường ray là thành phần cơ bản trong giao thông đường sắt. Đường ray cùng với bộ phận chuyển ray dẫn hướng cho tàu hoả hay xe điện di chuyển mà không cần lái. Tuyến đường ray gồm 2 ray song song với nhau đặt trên các thanh ngang gọi là tà vẹt, tà vẹt được đặt trên lớp đá dăm gọi là đá ba lát.

Khi đi tàu hỏa, ta dễ thấy tàu phải chạy trên hai thanh ray sắt đặt song song với nhau, dưới những thanh ray này, cách một khoảng nhất định đều đặt một tấm gỗ dẩy to vuông vức. Nó sẽ làm cho nền đường có thể chịu được áp lực nặng của tẩu.

Nếu bạn để ý kĩ, thanh ray trên đường sắt không phải là hình “vuông góc” đơn giản mà là hình chữ I với kiểu thiết kế trên hẹp dưới rộng. Điều này khiến nhiều người đặt ra câu hỏi tại sao?

Chúng ta đều biết trọng lượng của tàu hỏa là rất lớn, dài hơn những chiếc ô tô hoặc xe tải thông thường. Vì vậy, để có thể chịu được áp lực của xe có trọng tải lớn, mặt trên của đường ray cẩn có độ rộng và độ dày nhất định. Chính vì vậy, để nâng cao tính ổn định của đường ray, mặt đáy của đường ray cũng cẩn có độ rộng nhất định. Hơn thế nữa, để ăn khớp với bánh xe, đường ray lại phải có độ cao chính xác nhất định. Đường ray hình chữ “I” vừa đủ đáp ứng đẩy đủ ba yêu cầu trên, mà xét từ quan điểm của vật liệu cơ học thì đường ray kiểu này có cường độ cao nhất, có thể tận dụng nguyên liệu một cách hợp lý. Do vậy mặt cắt chữ “I” được chọn là mặt cắt đường ray tốt nhất.

Lịch sử của đường ray hình chữ “I” đã được sử dụng và tồn trên đường sắt trên đường sắt hơn một trăm năm. Ngoài việc để thích ứng với sự tăng trọng tải của đẩu máy và nâng cao tốc độ của tàu thì ngoài việc thiết kế tăng mặt cắt của đường ray và cải tiến các chi tiết nhỏ của các bộ phận, hình dạng của đường ray hầu như không có gì thay đổi. Nhưng đây cũng không phải là nói hình dáng của đường ray vĩnh viễn sẽ không thay đổi.

Hiện nay, các kỹ sư ngành đường sắt vẫn đang dành ra phần lớn thời gian nghiên cứu vấn đề này, hy vọng có thể tìm ra hình dáng của đường ray hợp lý hơn và kinh tế hơn. Mong rằng tương lai, chúng ta sẽ thấy một đường ray hoàn toàn khác biệt so với hiện tại.