Jernbane

Starten

Helt fra oldtiden eksisterte det hestebaner, og fra 1600-tallet ble banene belagt med plater av jern slik at vognene rullet lettere. Det var særlig gruvedrift som skapte behovet for baner. I 1789 laget en engelskmann det første jernbanespor med opphøyde skinnehoder og vognhjul med flenser, og den videre utvikling skjedde først og fremst i England. Men det var først da damplokomotivet ble anvendelig på slutten av 1820-tallet at vi fikk det vi i dag forstår med jernbaner og jernbanedrift.
Etter forskjellige forsøk kom det første vellykkede damplokomotivet i praktisk bruk i 1813. Konstruktøren, George Stephenson, vant i 1829 en berømt lokomotivkonkurranse med sin nyskapning "Rocket", som kunne presses opp i 60 km/t; og dermed var jernbanefeberen i gang. Jernbaner ble bygget over hele Europa og også USA, etter hvert også i andre verdensdeler, og innen århundret var omme var praktisk talt samtlige byer og tettsteder i vår verdensdel knyttet sammen med jernbanen.

Norsk jernbanehistorie

I Norge ble de første jernbanesporene anlagt for å løse lokale transportoppgaver. Antagelig var den 1,4 km lange hestejernbanen Damtjern-Storflåtan på Krokskogen den første (1805). Den inngikk som del av en transportkjede for tømmer som strakte seg fra Land og Valdres og ned til Christiania. Otteid-anlegget var et kombindert kanal- og jernbaneanlegg i Marker i Østfold ble bygget i 1825 for å frakte tømmer mellom Store Le og Øymarksjøen. I 1849 ble Mortsjølungen-Tvillingtjernanlegget åpnet, også det  kombinert kanal- og hestejernbane, for å forbinde Mangenvassdraget og Haldenvassdraget. Anlegget skulle frakte tømmer, men også jern og annet tungt gods. Det var Engebret Soot som stod bak dette foretagendet.
Landets første lokomotivjernbane var Hovedbanen mellom Christiania og Eidsvold. Den ble påbegynt i 1851 og offisielt åpnet i 1854 og var et samvirke mellom engelske investorer og norske myndigheter. Banen fikk stor trafikk, men erfaringene med de sterke, utenlandske interessene var blandede, og man ble fort enige om at jernbaner heretter skulle bygges med norsk kapital og med sterk, statlig styring. Da de neste jernbanene (Hamar-Grundset, Kongsvingerbanen, Trondhjem-Støren) ble vedtatt av Stortinget i 1857, var det baner der staten hadde aksjemajoriteten og full styring. Raumabanen, Dombås-Åndalsnes, ble åpnet i 1924 og er 114 km lang.
Mens Sverige helt fra starten bygget ut sitt hovedbanenett etter en landsplan, skjedde utbyggingen i Norge mer tilfeldig og avhengig av hva distriktene ønsket og hvilke distrikter og byer som ville bidra mest (det norske system). Det, sammen med landets fjellnatur og vanskelige byggeforhold, gjorde at de viktigste stambanene, bortsett fra Rørosbanen (1877), ble bygget bitvis og fullført for sent; Bergensbanen i 1909, Dovrebanen i 1921, Sørlandsbanen i 1944 og Nordlandsbanen til Bodø i 1962. Noen bane langs kysten rundt Norge kom aldri (der hadde man jo skipsleia, med kystruteskip), og dermed fikk Norge aldri et ordentlig, sammenbindende jernbanenett som andre land; bare noen lange strekninger som strålte ut fra hovedstaden. Mens Sverige på det meste hadde 18 000 km jernbane, fikk Norge aldri mer enn 4 500 km.
Jernbaneutbyggingen tok en lang pause etter at Nordlandsbanen var fullført frem til Bodø i 1962. Neste utbyggingsprosjekt var Oslotunnelen, en ny øst–vest-forbindelse gjennom Oslo, i 1980. Riktignok ble enkelte kortere strekninger utbedret, vesentlig for å forkorte eller øke kapasiteten på hovedlinjene. Arnanipa tunnel og Ulriken tuneller ved Bergen ble åpnet i 1964. Nytt dobbeltspor Asker–Drammen (med Lieråsen tunnel) ble åpnet i 1973). Dobbeltsporet Ski–Sandbukta på Østfoldbanens vestre linje var fullført i 1996. Mange viktige forbindelser var vedtatt av Stortinget, men ble ikke bygget – Gjøvik–Lillehammer, Åndalsnes–Ålesund, Oslo–Hønefoss (direkte, jf. Ringeriksbanen) og mange flere. Disse forbindelsene var det da blitt mulig å erstatte med rutebiler. I 1998 kom Gardermobanen, som den første høyhastighetsbane i landet.
Skandinavias første, elektriske jernbane ble bygget på Skotfoss i Skien i forbindelse med papirfabrikken Skotfos Brug (1892). Mer ordinære jernbanestrekninger fikk elektrisk drift utover på 1920-tallet, med Drammenbanen (1922), Ofotbanen, Rjukanbanen og Tinnosbanen (Bratsbergbanen).

Teknologi

Det er glatte stålhjul på stålskinner som gir jernbanens store fortrinn; både fordi det tillater stor fart, og fordi det krever mye mindre energi enn tilsvarende transport med gummihjul på vei. Til gjengjeld må sporet være jevnt og av god kvalitet, svingene (kurvene) bør være slake, og bare slake bakker (stigninger og fall) bør tillates; mye slakere enn på vei. Normalt bygges ikke hovedlinjene i Norge med sterkere stigning/fall enn 25 ‰ (25 meter stigning på 1 000 meter bane).
Sporvidden er en jernbanes viktigste parameter. Alle lokomotiver og vogner på banen er bygget for nettopp denne sporvidden (avstanden mellom skinnehodene). Normalsporvidden på jernbanenettet er 1 435 mm (4'8,5"), men det finnes mange andre sporvidder også. Det er utviklet forskjellige systemer for å kjøre tog fra en sporvidde til en annen.  I Spania har de utviklet systemer der toget kan skifte sporvidde i fart.  På andre grenseoverganger med sporbrudd heises vognene opp for å bytte boggier, en prosess som tar lang tid.  På enkelte jernbanestrekninger (hovedsakelig over broer) kan det være et ekstra sett med skinner for å holde toget på rett kurs og forhindre at det endre kurs dersom det skulle spore av.
Forskjellige jernbanesystemer kan ha ulik linjeprofil, altså hvor høye og brede tog som kan kjøres uten å treffe møtende tog, tunnelvegger, broer og perronger. Norge og Sverige har bred og høy linjeprofil, og mange norske og svenske tog kan ikke kjøre til Danmark eller kontinentet.  Storbritannia har en smal og lav linjeprofil som fører til problemer med å overføre containertransport fra vei til bane.
I tillegg til sporene er signalsystemer og kontaktledninger eller andre anlegg for energiforsyning (kull, diesel, vann) i dag viktige deler av infrastrukturen på en jernbane. I Norge, Sverige og fjerntog i Tyskland, Østerrike og Sveits kjører de elektriske togene på en spenning på 16 kV vekselspenning med en periode på 16 ⅔ Hz enfase.  Høyhastighetstog i Frankrike, Spania, Belgia og Nederland kjører med 25 kV vekselspenning 50 Hz.  Mange internasjonale tog er utstyrt med omformere og kan kjøre på forskjellige spenninger.
På den klassiske jernbanen var sporet lagt på tresviller i grusballast. Lokomotivene var damplokomotiver. Vognene hadde ramme og understell av jern/stål, og var ellers bygget av tre. I begynnelsen var det dårlig med bremser; bare lokomotivet og et par bemannede vogner kunne bremse. Fra begynnelsen av 1900-tallet fikk persontogene gjennomgående bremser som ble styrt fra lokomotivet, og fra 1930-årene ble dette vanlig også i godstogene.
Elektriske lokomotiver ble introdusert på Drammenbanen i 1921, og fra 1930 ble det – med unntak for «Dovregubben» og tyske lokomotiver under krigen – for det meste bygget elektriske lokomotiver. Dette skjedde selvfølgelig samtidig med at stadig flere banestrekninger ble elektrifisert; først på Østlandet, så Sørlandsbanen i 1944, Bergensbanen i 1964 og Dovrebanen i 1970.
Motorvogner ble også mer og mer vanlig, særlig fra 1950-årene. Idag kjøres de fleste persontog med motorvognsett. De banestrekninger som fortsatt ikke er elektrifisert, betjenes av dieseldrevne lokomotiver og motorvogner. Det dreier seg stort sett om Rørosbanen, Raumabanen og Nordlandsbanen.
Mens hastigheten for hurtigtogene lå på 80–90 km/t helt til etter krigen, kommer de fleste togene i dag opp i 130–160 km/t på noenlunde rette strekninger. Nesten alt persontogmateriell i Norge er godkjent for 160 km/t eller mer. I Europa forøvrig er hastigheten ofte betydelig høyere. Det norske banenettet er fortsatt belemret med alt for mange kurver. Det ble også i Norge gjort forsøk med krengende vognsett som gikk fortere i kurvene, men negative reaksjoner fra publikum satte en delvis stopper for den utviklingen.
På en god jernbane kan et kraftig lokomotiv uten problemer trekke et godstog på over tusen tonn, og på en høyhastighetsbane kan et togsett lett komme opp i 200 km/t og mer. Hastighetsrekorden på jernbanespor ble satt 3. april 2007 av et modifisert V150 TGV-togsett i Frankrike. Hastigheten som ble oppnådd var 574,8 km/t.

Jernbanedrift

I godstrafikken gikk utviklingen hos NSB, senere NSB Gods, idag Cargo Net AS fra små godsvogner som ble lastet og losset ved håndkraft, sekketraller, jekketraller eller små gaffeltrucker, til faste togstammer som bare frakter ferdiglastede containere, eller eventuelle massegods (olje, tremasse, tømmer, flydrivstoff, malm osv.). Etter at det ble åpnet for konkurranse innen godstransporten har godstogselskaper som har etablert seg i Norge gjeninnført transporter med åpne og lukkede godsvogner - nå vogner av stor og moderne type - som lastes og losses med gaffeltrucker. I godstogene er fortsatt lokomotivene enerådende som trekkraft.
Trafikken ble før avviklet ved hjelp av et omfattende personale. Selv de minste stasjonene hadde mange ansatte som var opptatt med togstyring, signalgivning, skifting av vogner, billettsalg, reisegods m.m. Idag er nesten alle stasjoner ubetjente. Billettene selges fra automater eller Internett. Togtrafikken styres fra (per 2017) 7 fjernstyringssentraler som har kontroll med alle signaler, sporveksler og togbevegelser over nesten hele landet.