太田智美がなんかやる

電車にはハンドルがないのになぜカーブを曲がれるのか　東京大学で勉強してきた

　「電車はハンドルがないのにカーブを曲がる」――東京都中野区にある東京メトロ「中野車両基地」で、こんなことを知った。言われてみれば電車には自動車のようなハンドルがなく、車輪を自由に操作できない。なぜ、電車は線路に合わせてカーブするのか。東京大学で勉強してきた。

　そもそも電車の車輪は自動車とは異なり、左右の車輪が車軸でつながり一体となっている。これをハンドル操作なくどう制御しているのだろうか。

　鍵となるのが、車輪に付けられた「傾き」である。前回、中野車両基地で外に向かって切り下がっている車輪を見てきたが、まさにこの“切り下がり”がカーブを曲がる秘密だったのだ。

　まずは4つの車輪の模型で実験。「切り下がりのない円柱の車輪」「80度の角度を持つ円錐の車輪」「70度の角度を持つ円錐の車輪」「とがった円錐の車輪」の4つを同じレールに置いてみて、それぞれがどのようにカーブに対応するのかを調べてみた。

　それでは、「切り下がりのない円柱の車輪」から！

　結果は失敗。カーブに差し掛かってもまっすぐに進もうとし、レールから車輪部分が落ちてしまった。

　次に、「80度の角度を持つ円錐の車輪」で実験。

　こちらも結果はNG。カーブを曲がろうとしたが、途中で脱線してしまった。

　続いて、「70度の角度を持つ円錐の車輪」。

　今度はうまくいった。無事にカーブを曲がり、レールが途切れる最後まで辿り着いた。

　最後は「とがった円錐の車輪」。

　こちらもカーブのところで多少ゆらゆらと不安定な動きはあったものの、ゴールまで辿り着いた。

　ここで実際の車輪を思い出してみる。車輪は外に向かって切り下がっており、円錐のような形をしていた。例えば、円柱・円錐それぞれを転がしてみるとする。すると、円柱はまっすぐに転がり、円錐は円を描くように転がることが分かる。この動作のことを「輪軸の自己操舵機能」と呼ぶ。電車の車輪もそれと同じ原理で、円を描くように転がろうとする「自己操舵機能」によってカーブするという。

　2日間のワークショップに参加し、電車には構造力学、材料力学、材料学、機械力学、音響工学、環境心理学、機械力学、制御工学、トライボロジー、電気工学、電子工学などの技術が集結していることを知った。IT業界人に鉄道好きが多いのはそのためだろうか？　

（太田智美）

太田智美がなんかやる

ITmedia ニュースに配属された太田智美が、テクノロジーの力を信じてなんかやるという新連載。毎日るんるんしながら生きている。

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