Почему в метро поручень едет быстрее эскалатора?
Простой износ валов поручней эскалаторов в метро породил массу гипотез, красноречиво и иногда остроумно объясняющих разницу в скорости движения их компонентов.
Отвечая на вопрос, вынесенный в заголовок, нужно уточнить — поручень обгоняет ступени не всегда. Чаще всего, действительно, происходит именно так. Намного реже поручень «отстаёт». Ещё реже скорости частей эскалатора совпадают.
Поручень и ступени приводятся в действие одним электромотором через один редуктор. Электромотор вращает вал, на который натянута бесконечная лента ступеней. С этого вала вращение передаётся на вал, на который натянут резиновый поручень — до этого момента всё одинаково.
На затем начинаются ключевые различия. Лента ступеней приводится в движение через шестерню, и по конструкции она аналогична цепи (аналогия, конечно, примитивна). То есть в этой конструкции компоненты могут изнашиваться, но этот износ не приводит к изменению размеров вала — трение «съедает» зубцы шестерни. На рабочий диаметр вала это не влияет.
С поручнем картина другая. Он напрямую, без зубцов, взаимодействует с валом только за счёт силы трения. Вал в этом случае изнашивается гораздо быстрее, его диаметр уменьшается, и лента поручня начинает «обгонять» ступени. Говоря языком физики, угловая скорость вращения вала остаётся неизменной, а линейная скорость движения поручня увеличивается. Свою лепту вносит и растяжение самого поручня, хоть оно и относительно невелико.
Работникам метрополитена и производителям оборудования для него этот процесс хорошо известен. Машиностроители при производстве валов закладывают в них определённую разницу (чаще всего говорят о 2%, но это максимально допустимая разность скоростей) диаметров, делая вал поручней чуть больше. Поэтому теоретически можно проехать по эскалатору, в котором поручень будет «отставать» от ступеней — если вал поручней новый.
Однако из-за сроков службы оборудования метро, исчисляемых десятилетиями, шанс проехаться по такому эскалатору у среднестатистического пассажира минимален. Например, в санкт-петербургском метро ежегодно меняют до 10 эскалаторов из 281. Из-за этого обычно и говорят о «спешащих» поручнях. А в чрезвычайно короткие промежутки времени, когда размеры валов совпадают, поручни и ступени передвигаются синхронно.