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

Những người thường đi tàu hỏa đều biết trên suốt chuyến đi thỉnh thoảng lại nghe tiếng “lịch kịch”. Nếu quan sát kỹ đường ray, bạn sẽ thấy cứ cách một đoạn giữa hai thanh ray lại có một khe hở nhỏ. Vì sao phải làm như vậy?

Thì ra, khe hở đó được chừa lại để phù hợp với hiện tượng nóng nở ra, lạnh co lại của thanh ray.

Các vật thể đặt ngoài trời thường có hiện tượng nở ra khi nóng và co lại khi lạnh. Khi nhiệt độ tăng, thể tích vật thể tăng; khi nhiệt độ giảm, thể tích thu nhỏ lại. Ở một nhiệt độ nhất định, chiều dài của thanh ray là cố định, nhưng khi nhiệt độ thay đổi, chiều dài, chiều rộng và chiều cao của nó cũng thay đổi theo.

Nếu các thanh ray được lắp sát khít vào nhau, tàu chạy sẽ ít phát ra tiếng “lịch kịch” hơn. Nhưng vào những ngày hè nóng nực, thanh ray dài ra. Nếu không có khe hở để giãn nở, thanh ray có thể bị cong vênh, gây nguy hiểm cho tàu chạy.

Vậy khe hở giữa hai thanh ray nên rộng bao nhiêu là hợp lý? Để bảo đảm an toàn, khe hở thường không vượt quá 11 mm. Thí nghiệm cho thấy khi nhiệt độ môi trường tăng 1°C, mỗi mét thanh ray sẽ dài thêm khoảng 0,000011 m. Ở Trung Quốc, trên các tuyến đường sắt miền Bắc và miền Nam, chênh lệch nhiệt độ giữa mùa đông và mùa hè có thể tới 80°C, vì vậy người ta tính toán độ giãn nở để chế tạo các thanh ray theo chiều dài phù hợp, thường mỗi đoạn dài 12,5 m.

Dĩ nhiên, để nâng cao tốc độ tàu chạy, bảo đảm an toàn và giảm tiếng ồn do khe ray, việc giảm số khe hở là rất cần thiết. Trong luyện kim, người ta đã tìm nhiều cách cải thiện vật liệu làm ray, giảm hệ số giãn nở của chúng, nhờ đó có thể chế tạo những thanh ray dài hơn và giảm bớt khe nối.

Hiện nay, trên nhiều tuyến đường sắt cao tốc, thanh ray có chiều dài lớn hơn nhiều, khe hở giữa các thanh ray rất nhỏ. Nhờ vậy, hành khách đi tàu cảm thấy êm ái và dễ chịu hơn.