מסילת רכבת

מאפייני המסילה

מסילות הרכבת בנויות מזוג פסי פלדה, המחוברים לאדנים השקועים לרוב ברבד חצץ. הפסים מחוברים לאדנים בעזרת מוטות ברזל מחודדים או בעזרת ברגים ולוחיות מתכת.
הפסים עשויים מפלדה כי היא יכולה לשאת יותר משקל ולחצים מאשר חומרים אחרים. האדנים מפזרים את הלחצים באופן שווה, מייצבים אותם ומקבעים את הפסים כך שישארו במרחק שווה זה מזה. הרבד שעליו האדנים מונחים עשוי מחצץ, מכיוון שהוא משלב תכונות של גמישות יחסית, פיזור לחצים וניקוז מעולה של מים. אולם ניתן לעיתים להשתמש בפסים המונחים גם על מצע בטון.
להבדיל משימושים אחרים בפלדה או ברזל, פסי רכבת נושאים בלחצים גבוהים מאוד, ולכן הם חייבים להיות עשויים ממתכת באיכות גבוהה. עברו שנים רבות עד שהצליחו לשפר את איכות המתכת ועד שעברו למסילות מפלדה בלבד. אחת הבעיות הנובעות מאיכות המתכת היא פגמים. בפלדה לבניין, לדוגמה, פגמים קטנים במתכות החיזוק שנמצאות בתוך יציקות בטון לרוב לא מהווים בעיה. אך פסי רכבת מפלדה בעלי פגמים קטנים יתעקמו וישברו תחת הלחץ בו הם נתונים.
מחירם של פסי הרכבת מהווים חלק משמעותי במחירו של קו רכבת חדש. מספר מועט של גדלים מיוצר על ידי מפעלי פלדה, ולכן לעיתים נאלצים להשתמש בפסי רכבת שמתאימים במשקלם לקו מהיר, גם לקווים מהירים פחות או בכלל למגרשי עריכה ושלוחות צדדיות.
גודל של פס נקבע לפי יחס של קילוגרם למטר. כמה גדלים אירופאים נפוצים הם 40, 50 ו- 60 ק"ג\מטר.
בפסי רכבת ישנים השתמשו בפס מעץ, ורק בנקודת המגע שלו עם גלגלי הרכבת היה פס ממתכת. פסים אלו לא היו עמידים לנזקי הזמן ובעייתיים מאוד בגלל כמות התחזוקה אותה דרשו.
מלבד זאת: בזמן שהרכבת נוסעת הפסים מתארכים כתוצאה מהחיכוך הרב שמחמם אותם. כדי למנוע מצב שבו המסילה תתעוות, מציבים את הפסים במרווחים קטנים בין פס לממשיכו. כך, כשהפסים יתארכו הם לא יעוותו אחד את השני ויגרמו לנזקים.

רוחב המסילה

התקן הנפוץ ביותר לרוחב המסילות בעולם (ובישראל) הוא 1,435 מילימטר והוא מוכר גם כ"רוחב סטיבנסון", על שם המהנדס והממציא הבריטי ג'ורג' סטיבנסון שקבע אותו. עם זאת, ישנן מדינות רבות בהן רשת מסילות הרכבת מורכבת מרוחבים לא תקניים של המסילות. המידות השונות לרוחב מסילה בהן נעשה שימוש בעולם נע בין 381 מ"מ ל-2,140 מ"מ. ככל שמידת הרוחב בין פסי הרכבת גדולה יותר, כך ניתן להפעיל רכבות מהירות יותר ולבנות קרונות רחבים יותר המסוגלים להעמיס יותר מטען. עם זאת, הגדלת הרוחב בין הפסים גם מקטינה את היכולת של מסילת הרכבת לעקוב אחרי תוואי הקרקע ודורשת השקעה גדולה יותר במהלך הבנייה. הקטנת רוחב הפסים מאפשרת הנחת מסילה בעלת עיקולים חדים יותר, אך כתוצאה מכך קטנה המהירות הבטוחה בה יכולה הרכבת לנסוע ללא שימוט. במסילות הרריות, שבהן פיתולים רבים, נעשה לרוב שימוש במסילות צרות. ואילו בקווי רכבת מהירים נעשה שימוש ברוחב התקני. בנוסף לכך, רוחב הפסים נקבע גם מסיבות היסטוריות. בהודו, לדוגמה, רוב הרשת מורכבת מפסים ברוחב של 1,676 מ"מ. הסיבה לכך היא תנאי מזג האוויר הקיצוניים בתת היבשת ההודית וכן סיבות כלכליות שדרשו בניית קרונות רחבים עד כמה שניתן על מנת להוביל מטען. ברוסיה למשל, הסיבה לרוחב הרחב יותר מהרוחב התקני הנהוג ברוב אירופה היא שהמהנדס שהגיע על מנת לסייע בבניית הקו הראשי הראשון בין סנקט פטרבורג למוסקבה, היה אמריקאי ובחר ברוחב של 5 רגל, 1,524 מ"מ, שנעשה בו שימוש נרחב בארצות הברית במהלך בניית הקו באמצע המאה ה-19 (אם כי מאז הוחלפו רובן המוחלט של מסילות הברזל בארצות הברית לרוחב תקני).

חיבור בהברגה

קיימות שתי דרכים עיקריות לחיבור פסי רכבת. דרך אחת היא חיבור של כל זוג פסים באורך ממוצע של 20 מ' כל פס, על ידי לוחית מתכת שתחבר ביניהם ותמנע מהם להתפשט יותר מידי או לחלופין להתכווץ באורח מסוכן (פלדה מאוד רגישה לשינויי טמפרטורה ויכולה להתכווץ ולהתפשט במהירות). בגלל הרווח הקטן הנוצר בין כל זוג פסים, כשרכבת נוסעת על מסילה כזאת, נשמע רעש ומורגשת רעידה קלה בכל מעבר גלגל בחיבור הפסים.
אם מסילה המורכבת מחיבורים כאלה איננה מתוחזקת היטב, הנסיעה עליה הופכת להיות מטולטלת ולא נעימה. כמו כן, סוג חיבור כזה לא מתאים למסילות לרכבות מהירות בשל חולשת החיבור. אף על פי כן, חיבור כזה משמש עדיין במסילות רכבת רבות בעולם, בגלל העלות הנמוכה שלו והתיישנות קווי רכבת רבים.

חיבור בריתוך

רוב מסילות הרכבת המודרניות משתמשות בפסים המחוברים בריתוך. ריתוך הפסים בעזרת אפקט תרמי יוצר פס אחד באורך של עד מספר קילומטרים. פסים אלו הם חזקים מאוד, מעניקים נסיעה חלקה ודורשים פחות תחזוקה.
בגלל חוזקם של הפסים, רכבות הנוסעות על פסים מהסוג הזה יכולות לנוע במהירות גבוהה יותר ועם פחות בעיות הנגרמות מחיכוך הגלגלים בפסים. מכיוון שפסי רכבת מרותכים כוללים הרבה פחות נקודות התרחבות מפסים רגילים, הפסים המרותכים חייבים להיות מחוברים באופן חזק מאוד לאדני הבטון הכבדים כדי למנוע עיוות הפסים בימים חמים ועקב כך הקטנת מהירות הנסיעה ושימוטים מסוכנים.

מסילות ודרכים אחרות

מסילת הרכבת אינה הדרך היחידה הנמצאת במרחב התחבורתי. בנוסף למסילות ישנם גם כבישים, דרכים חקלאיות ושבילים לאופניים ולהולכי רגל. אותן דרכים לעיתים חוצות את המסילה ולעיתים מופרדות ממנה.

מפגש מסילה־כביש

כאשר מסילה חוצה כביש באותו מפלס, המפגש ביניהן קרוי "מפגש מסילה-כביש" (או "מפגש מסילה-דרך" כאשר מדובר בדרך שאינה כביש למכוניות). מפגשים מסוג זה הם בעלי סיכון בטיחותי גדול - מכונית יכולה להיתקע על פסי הרכבת מבלי יכולת להיחלץ וזמן התגובה הארוך של רכבת הנעה במהירות גבוהה מבטיח במקרה כזה התנגשות. לכן, במפגשי מסילה-כביש מוצבים מתקני בטיחות רבים כדי למזער את הסיכוי לתאונה.