Nemcsak tökéletesen egyensúlyozott egyetlen sínen, hanem rejtélyes módon, a vezető bármiféle beavatkozása nélkül dőlt be a kanyarokban.
Ez egy valódi találmány volt, amit alkotója, Louis Brennan 1910-ben mutatott be a közönségnek.
A giroszkópos egysínű vasút előnyei
Az elképzelés az volt, hogy ha kettő helyett csak egy sínt használnak, a vonatok gyorsabbak lesznek, a vasútépítés pedig olcsóbbá válik.
Egy ilyen vonat nagyobb sebességgel tudott bevenni kanyarokat anélkül, hogy kisiklott volna, és a pálya építéséhez feleannyi anyagra lett volna szükség. A modern, magasban vezetett síneket körülölelő egysínű vasutakkal ellentétben a Brennan-féle egysínű vasút a már meglévő vasúti síneken is közlekedhetett.
Bár kissé kockázatosnak tűnhetett, szerkezetileg nagyon stabil volt. A vonat szívében egy giroszkóp (egy forgó eszköz, amely képes a forgástengelyének irányát a térben változatlanul megőrizni) helyezkedett el, ami még azelőtt korrigálta volna a vonat dőlését, hogy az utasok észrevették volna.
Ez pedig lenyűgöző mérnöki teljesítmény volt, különösen 1910-ben. De hogyan is működött valójában? Ahhoz, hogy jobban megértsd, mennyire tökéletes volt Brennan megoldása, egy kicsit bele kell mélyednünk a giroszkópok működésébe.
A giroszkópok működési elvei
Az alapelv az, hogy ha egy tárcsát nagyon gyorsan megpörgetsz, annak perdülete (más néven impulzusmomentum – a forgómozgás mértékét jellemző fizikai mennyiség) igyekszik tökéletesen stabilan tartani azt.
Ha megpróbálod az egyik irányba megbillenteni, elkezd forogni a függőleges tengelye körül. Ezt precessziónak nevezzük (az a jelenség, amikor egy test forgástengelye külső erő hatására megváltoztatja az irányát a térben). De ha a billentés helyett precesszióra kényszeríted, a tárcsa valójában az ellenkező irányba fog dőlni.
Tehát, amikor a tárcsa megbillen, az precessziót idéz elő, ami pedig arra készteti, hogy az eredeti erővel ellentétes irányba dőljön. Ez további precessziót eredményez, ami visszaállítja a tárcsát az eredeti helyzetébe. Pontosan emiatt fog a giroszkóp mindig az egyensúlyi helyzetébe visszatérni.
Brennan ebben látta a kulcsot vonata egyensúlyának megőrzéséhez. Ezért kísérletezni kezdett: egy lendkereket (egy nehéz, forgó kerék, amit mozgási energia tárolására használnak) szerelt egy vonatmodellbe, és egy villanymotorhoz csatlakoztatta.
Kezdetben ez működött is: minden alkalommal, amikor a vonat dőlni kezdett, a tárcsa precesszált, és függőleges helyzetben tartotta. Ennek a megoldásnak azonban volt egy komoly hibája.
Amikor a vonat egy kanyarhoz ért, azonnal kisiklott. A probléma az volt, hogy kanyarodáskor a giroszkóp nem fordult a vonattal együtt, mivel igyekezett megőrizni a helyzetét a térben. A vonathoz képest a giroszkóp precesszált, amitől a szerelvény felborult és leszaladt a sínről.
A probléma megoldására Brennan beszerelt a vonatba egy második giroszkópot is, amit az elsővel ellentétes irányba forgatott. A kettőt fogaskerék-áttétel kapcsolta össze, így amikor az egyik giroszkóp precesszált, a másik pontosan az ellenkező irányba tette ugyanezt. Amikor pedig a vonat beért egy kanyarba, mindkét giroszkóp igyekezett megtartani az eredeti irányát.
Ez azonban lehetetlen volt, mivel a fogaskerék-áttétel miatt nem tudtak egy irányba elmozdulni. Így mindkét giroszkóp kénytelen volt a vonattal együtt fordulni, és ez a nemkívánatos precesszió kölcsönösen kioltotta egymást.
Ez volt Brennan zseniális megoldása, mivel így már csak a vonat dőlése hathatott a giroszkópokra.
Az egysínű vasút életnagyságú prototípusa
Miután ezt a problémát is megoldotta, Brennan egy életnagyságú prototípuson kezdett dolgozni, amit már valódi utasokkal tesztelhetett.
Az eredmény egy 12 méter hosszú, 22 tonnás szerkezet lett, benne két hatalmas giroszkóppal, amelyek percenként 3500-as fordulatszámon pörögtek. A méretnövelés azonban egy új, óriási problémát vetett fel.
Most, hogy ekkora súlyról volt szó, a giroszkópoknak nemcsak a saját forgásukkal kellett megbirkózniuk, hanem a gravitációs erővel is, ami a vonatot fel akarta borítani. Brennan kisebb modelljénél ezt jóval könnyebb volt ellensúlyozni, de a 22 tonnás szerkezet felborítására törő erővel szemben a giroszkópoknak sokkal erősebbeknek kellett lenniük.
Ahhoz, hogy Brennan vonata egyensúlyban maradjon, le kellett küzdenie a saját súlyát, ami folyamatosan fel akarta borítani a szerkezetet. Dőléskor a súlypont elmozdult, és a szerkezetet egyre erősebben húzta a föld felé. A giroszkópok természetes precessziója sem erősségében, sem sebességében nem volt elegendő a vonat stabilitásának megőrzéséhez, ezért Brennan új megoldást eszelt ki.
Rájött, hogy a megoldás kulcsa a giroszkópok precessziójának irányítása. Ha szándékosan gyorsabb precesszióra kényszeríti őket, mint ahogy az normál esetben történne, nagyobb erőt tud kifejteni a szerkezet kiegyenesítésére.
Brennan a giroszkópokat egy benzinmotorhoz kapcsolta, és a súrlódás csökkentése érdekében légmentesen lezárt, vákuumozott burkolatokba helyezte őket. Még ha meg is szűnt volna az energiaellátás, a giroszkópok akár 30 percig is tovább forogtak volna, mielőtt a vonat felborulhatott volna.
A giroszkópokat egyetlen kardánfelfüggesztésbe helyezte, ami lehetővé tette, hogy az egész rendszer a vonat hosszirányú dőlési tengelye körül elforduljon. Az egyes giroszkópok tengelyei kiálltak a burkolatból, és a vonat alvázára (a szerkezet alapja, kerete) erősített két vezetőlemez között helyezkedtek el.
Amikor a vonat megdőlt, a tengelyek hozzáértek az egyik lemezhez, és a súrlódás hatására úgy gördültek végig rajta, mint kerék a talajon. Ez a giroszkópot sokkal gyorsabb precesszióra késztette, mint az előző kialakításnál, és az egész vonatot visszaállította egyensúlyi helyzetébe.
A megoldás jól bevált a kisebb korrekcióknál, és arra késztette a vonatot, hogy a centrifugális erőnek ellenállva bedőljön a kanyarokban. Bár kívülről furcsán nézett ki, az utasok belülről úgy érezték, mintha a vonat teljesen simán haladna, és még az italok sem lötykölődtek ki a poharakból.
Itt azonban újabb probléma adódott: a rezgések miatt a giroszkópok pattogni kezdtek a vezetőlemezeken, és így sosem tudtak egyenletes és arányos erőt kifejteni a vonatra.
Brennan ekkor megszabadult a vezetőlemeztől, és egy még jobb megoldást eszelt ki. A giroszkópokat most már fixen a vonat alvázához rögzítette, hogy azok a vonattal együtt forduljanak. Amikor a vonat megdőlt, a giroszkópok tették a dolgukat, és természetes módon precesszálni kezdtek.
Így működött a giroszkóp a Brennan-féle egysínű vasútban
A jobb oldali giroszkóp tengelye közvetlenül egy olyan mechanizmushoz csatlakozott, ami egy munkahengert (erőt átvivő rúd) mozgatott. Ez a rúd egy emelőkarhoz és két szelephez kapcsolódott, melyek a sűrített levegő áramlását szabályozták.
A sűrített levegő két csövön át jutott be egy nagyobb cső két végébe, ami a giroszkóprendszer közepén futott keresztül. Ebben a csőben egy fogasléc (egy fogazott alkatrész, ami a forgómozgást egyenes vonalúvá alakítja, és fordítva) helyezkedett el a két giroszkóp között, és képes volt előre-hátra mozogni, hogy elforgassa őket (azaz precessziót idézzen elő).
Amikor a vonat megdőlt, a giroszkópok precesszálni kezdtek, és a kapcsolókar működésbe hozta a szelepeket. Az egyik szelep elzárásával a sűrített levegő az egyik csövön át a nagyméretű cső egyik végébe áramlott.
Ez megnövelte a nyomást, ami megmozdította a fogaslécet, és arra kényszerítette a giroszkópokat, hogy az ellenkező irányba precesszáljanak, egészen addig, amíg a vonat vissza nem billent egyensúlyi helyzetébe.
Mindez egy szempillantás alatt történt, és a giroszkópok már azelőtt reagáltak, hogy a vonat túlságosan kibillent volna az egyensúlyából.
A kulcs itt az, hogy a sűrített levegő hasonlóan működött egy pneumatikus vagy hidraulikus rendszerhez, lehetővé téve, hogy egy kisebb erő sokkal nagyobbat hozzon létre. A sűrített levegő ereje egyenletesen adódik át a csőben lévő levegőn keresztül.
Amint ez az erő eléri a nagyobb (a fogasléccel összekötött) dugattyút, az ott nagyobb felületen hat, így a dugattyút lényegesen nagyobb erő mozdítja el, mint amekkorát a giroszkópok eredetileg kifejtettek.
Ez a zseniális rendszer fogta a vonat dőléséből származó erőt, és önmagát felerősítve olyan szerelvényt hozott létre, amely mindig igyekezett vízszintes maradni. Brennan végre tökélyre fejlesztette a szerkezetét. Vonata annyira stabil volt, hogy még ha az összes utas az egyik oldalára állt is volna, akkor is tökéletesen egyensúlyban maradt volna.
A prototípusa óriási sikert aratott, és akkoriban tényleg úgy tűnt, ez jelenti a jövőt. Sajnos azonban a befektetők nem bíztak a szerkezet megbízhatóságában, az pedig, hogy a vonat minden egyes kocsijához saját giroszkóp kellett volna, végleg megpecsételte a terv sorsát. A kétsínű vonatok addigra már szilárdan elterjedtek, így Brennan vonatáról hamar megfeledkeztek.
Akárhogy is történt, lenyűgöző dolog ilyen hihetetlen találmányokra bukkanni, és értékelni kell a mögöttük álló zsenik ötleteit.
A BEJEGYZÉS A HIRDETÉS ALATTI GOMBBAL FOLYTATÓDIK
