Como funcionam as rodas dos trens?

Você já parou para observar como um trem se locomove? Quando olhamos de longe, é fácil se questionar como essas gigantescas locomotivas conseguem permanecer nos trilhos mesmo durante as curvas. Porém, existe um segredinho para que esse meio de transporte funcione sem muitos problemas: suas rodas.

Embora as rodas dos trens pareçam cilíndricas à primeira vista, elas na realidade têm um formato ligeiramente cônico. Essa geometria especial é o que mantém os trens nos trilhos e permite com que eles possam andar por aí sem descarrilhar. 

Formato das rodas

(Fonte: GettyImages)

No geral, as rodas de cada lado de um vagão de trem são conectadas a uma haste de metal chamado eixo. É justamente essa peça que mantém as duas rodas movendo-se ao mesmo tempo, ambas girando na mesma velocidade quando o trem está em movimento.

Para pistas retas, essa estrutura não apresenta qualquer tipo de falha. No entanto, quando um trem precisa fazer uma curva, o fato de ambas as rodas girarem sempre na mesma velocidade poderia se tornar um problema. Tendo em mente que a parte externa de uma curva é um pouco mais longa que a interna, uma roda inevitavelmente precisa correr uma distância maior do que a outra.

Então, como as locomotivas corrigem esse problema? É aqui que entra a geometria das rodas. Para ajudá-las a permanecer na pista, seu formato acaba sendo ligeiramente cônico. Isso significa que o interior de cada roda tem uma circunferência maior do que seu exterior. Como resultado, quando um trem está girando, ele momentaneamente anda sobre rodas que são efetivamente de dois tamanhos diferentes.

Diferenças com outros veículos

This is why train wheels are not perfectly cylindrical, but slightly conical

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— Massimo (@Rainmaker1973) September 29, 2023

Como dito anteriormente, os trens possuem rodas conectadas por um eixo fixo. A maioria dos veículos que conhecemos resolve esse problema desacoplando suas rodas. Em um carro, por exemplo, as rodas esquerdas e direitas giram em velocidades diferentes ao fazer curvas. Porém, isso é algo completamente impossível para um trem.

Por esse motivo, as rodas das locomotivas não são cilindros perfeitos, apresentando um aspecto semi-cônico. Caso os trens optassem por usar rodas cilíndricas, você provavelmente avistaria inúmeros vagões indo ao chão a cada curva elaborada em uma ferrovia. No formado cônico, o corpo do trem empurra a roda para que a parte de circunferência menor percorra o menor trajeto na curva, enquanto a circunferência maior faz o trajeto contrário na roda oposta. Sem essa configuração, seria impossível a existência desse meio de transporte.

No exemplo em vídeo postado pela @3d_printer_academy nas redes sociais, podemos ver que essas diferentes rodas basicamente balançam pelos trilhos, numa busca constante por equilíbrio — algo que não pode ser sentido pelos passageiros dentro dos vagões. Por esse motivo, os trens não são apenas veículos de alta importância no transporte de cargas e de pessoas através do país, mas também deveriam ser considerados uma verdadeira obra-prima da engenharia e da matemática. Logo, da próxima vez que você ver um trem rodando por aí, saiba que muito trabalho teve que ser feito para que eles existissem!