قصة اختراع القطار

تاريخ اختراع القطار:

أحدثت القطارات تغييراً هائلاً في الطريقة التي نؤدي بها الأشياء كحضارة، وتستمر في التطور مع تطور التكنولوجيا، قبل القطارات، استغرق الأمر شهوراً لعبور البلدان، مع اختراع القطار أصبح بالإمكان نقل البضائع عبر البلدان أسرع من أي وقت مضى، يمتد تاريخ القطارات الحديثة على مدى المائتي عام الماضية من الحضارة الإنسانية الحديثة، والتي استخدمت في ذلك الوقت هذا الاكتشاف المذهل لتغيير الصناعة والتوسّع البشري بشكل جذري والطريقة التي نسافر بها يومياً.

من المرة الأولى التي انطلق فيها القطار البخاري فوق خطوط السكك الحديدية في إنجلترا الصناعية في أوائل القرن التاسع عشر إلى العصر الحديث، عندما تنقل القطارات السريعة آلاف الركاب بسرعات لا تصدق ويحمل قطار الشحن كمية كبيرة من البضائع العالمية، مكنتنا القطارات من تطوير حضارتنا مع عواقب غير متوقعة التي لم يتوقعها أحد، يمكن الوصول إلى الأراضي البعيدة على الفور تقريباً (يتمّ قطع رحلة 3000 ميل من نيويورك إلى كاليفورنيا خلال شهر أو شهرين).

يمكن تشغيل التصنيع الصناعي بكمية لا حصر لها من المواد الخام ونقل البضائع الجاهزة، وبسرعة مفاجئة السفر (قبل اكتشاف الطائرات الأولى بوقت طويل) تسبب في الحاجة إلى تطبيق مناطق زمنية موحدة في جميع أنحاء العالم، اليوم، تُستخدم القطارات بعدة طرق بدءاً من ترام المدن الصغيرة، وقطارات الأنفاق الكهربائية، وقطارات المسافات (المجهزة بعربات الطعام وأماكن النوم للرحلات الطويلة)، وقطارات الشحن، إلى القطارات فائقة السرعة التي يمكن أن تصل سرعتها إلى 300- 500 كيلومتر في الساعة، ومع ذلك، بدأ تاريخهم بتصميمات أبسط وأبطأ بكثير حتى قبل وصول المحركات البخارية .

استخدمت الحضارات القديمة لليونان ومصر وأوروبا الصناعية (من 1600 إلى 1800) الخيول كمصادر أساسية لقيادة عربات القطار البسيطة، من خلال مسارات القطارات المصممة بشكل هادف، والتي مكنت من السفر في اتجاهين فقط، تحتاج الخيول أو الثيران إلى إهدار الحد الأدنى من القوة أثناء سحب الفحم والحديد والسلع الأخرى، مكّن وصول أول محركات بخارية مضغوطة غير مكثفة في السنوات القليلة الأولى من القرن التاسع عشر المهندسين من بناء نوع جديد من أنظمة السكك الحديدية وعربات القطارات تلك التي تمّ إنشاؤها لتحمل مواد أكثر بكثير من أي وقت مضى.

جورج ستيفنسون مخترع محرك القاطرة البخارية للسكك الحديدية:

على الرغم من أنّ العديد من المخترعين عملوا طوال حياتهم في بناء القطارات والمحركات والبنية التحتية والدعم الفني، كان الرجل الإنجليزي جورج ستيفنسون أول من نجح في تعميم القطارات، بفضل مساهماته وافقت الصناعة والجمهور أخيراً على القطارات كأداة نقل للمستقبل، ممّا مكّن السكك الحديدية من الانتشار أولاً عبر إنجلترا وأوروبا وأمريكا الشمالية، ثمّ في جميع أنحاء العالم.

استمر العمل في المناجم ومحلات الإصلاح حتى عام 1813، عندما سمع ستيفنسون أنّ ويليام هيدلي وتيموثي هاكورث بدءا في بناء قاطرة بخارية لهذا المنجم المحلي في ويلام، ولعدم رغبته في ترك هذه الفرصة تضيع، بدأ على الفور في بناء محرك بخاري خاص به، وببطء وبعناية في صياغة كل جزء منه يدوياً، بعد 10 أشهر، تمّ اختبار القاطرة المسماة “بوشر” عن طريق سحب 30 طناً من المواد على امتداد مرتفع من السكك الحديدية يبلغ طوله أربعة أميال، يمثل هذا العرض التقديمي الناجح أول رحلة للقاطرة البخارية على السكك الحديدية التي تمّ إنشاؤها خصيصاً لاستخدام القطار.

ركز ستيفنسون نفسه على بناء قاطرات بخارية أكثر قوة وكفاءة، بالإضافة إلى المشاركة في تصميم أول خط سكة حديد عام بين مدينتي ستوكتون ودارلينجتون (1825) وليفربول – مانشستر (1830)، مع انطباعات إيجابية من كلا المشروعين، أصبح ستيفنسون مهندساً مشهوراً لشبكات السكك الحديدية في جميع أنحاء إنجلترا، ومصمماً لـ 16 نوعاً من المحركات البخارية، كما أنّه فاز بمسابقة أفضل قاطرة من بين العديد من المخترعين وأصبح أحد أشهر مصممي القطارات في ذلك الوقت، وأساساً لإنشاء نماذج محركات جماعية لا حصر لها في الـ 150 عاماً التالية.

تطور القطارات:

كيف تم تطوير القطار:

كانت أشكال النقل السابقة تعمل بواسطة الإنسان أو الحصان، تمّ استخدام العربات والسيارات التي تعمل بالدفع اليدوي من القرن الخامس عشر حتى وقت إدخال القطارات، تضمّنت هذه العربات مسارات تشبه إلى حد كبير مسارات القطار ممّا أتاح نقل حمولات أكبر دون الحاجة إلى مزيد من الرجال سميّت بالقدرة الحصانية، تمّ تحديث القضبان الخشبية بألواح من الحديد الزهر في أواخر ستينيات القرن التاسع عشر، كان هذا الحديد الزهر عنصراً مهماً في نجاح القاطرة، أحدث المهندس الميكانيكي جيمس وات ثورة في الصناعة بمحركه البخاري Watt في عام 1781، على مدار السنوات القليلة التالية، بحيث تمّ تحسين المحرك البخاري وانتشر في جميع أنحاء أوروبا وقريباً العالم بأسره.

التغير الكبير للقطارات خلال فترة 1804-1964:

ابتكر المخترع الإنجليزي ماثيو موراي أول قاطرة بخارية متحركة في عام 1804، ثمّ بعد ذلك بسنوات قليلة، اخترع قاطرة سالامانكا ذات الأسطوانتين، والتي تم استخدامها علناً في عام 1812 كأول سكة حديد تجارية للركاب تمّ افتتاحها في إنجلترا، كان جورج ستيفنسون مهندساً إنجليزياً أنشأ “Locomotion” في عام 1825، كان هذا القطار قادراً على سحب 90 طناً من الفحم أثناء السفر بسرعة 15 ميلاً في الساعة، في العام التالي ظهر أول خط سكة حديد في أمريكا الشمالية في كوينسي، ماساتشوستس حيث تنقل الخيول البضائع.

في عام 1827، بدأت السكك الحديدية تتقاطع مع الولايات المتحدة، بدءاً من بالتيمور وفيرجينيا، تمّ الانتهاء من أول سكة حديد أمريكية عابرة للقارات في عام 1869، تمّ استخدام القاطرات التي تعمل بالديزل في السويد بدءاً من عام 1913، وتبعتها الولايات المتحدة في عام 1939، وعلى مر السنين تمّ اختراع التحسينات وتنفيذها، مع تقديم أول قطار سريع في اليابان في عام 1964، اليوم يحمل مترو شنغهاي لقب أكبر نظام نقل حضري في العالم ويضم 420 ميلاً من خطوط السكك الحديدية وأكثر من 270 محطة.

كيف تتحرك القطارات وفائدة السكك الحديدية:

المفتاح يكمن في تقليل الاحتكاك، هذه المكونات الحديدية للسكك الحديدية تمكّن العجلات من التحرك بسهولة أكبر فوق المسارات، انخفاض الاحتكاك يعني زيادة السرعة مع قوة أقل لتحريكها، يساعد تزييت القضبان في تقليل تكاليف الوقود مع المساعدة في إطالة عمر القضبان، يساعد التشحيم أيضاً على ضمان عمر أطول للجنازير، عندما يصطدم قطار بمنحنى في السكة، فقد يؤدي ذلك إلى قطع جانبي للقضبان.

يساعد التزييت على تقليل الاحتكاك، ممّا يؤدي إلى استخدام أكثر كفاءة للمسارات، يساعد هذا التقليل في الاحتكاك أيضاً على تقليل تكاليف الوقود، ممّا يمكّن القطارات من العمل بشكل أقل للسفر، بفضل ابتكار صناعة السكك الحديدية تمكّن الناس من السفر إلى أماكن لم يسبق لهم زيارتها من قبل، وتداول البضائع بسهولة أكبر من أي وقت مضى، ولا تزال هذه التكنولوجيا مستخدمة على نطاق واسع اليوم وتتوسع باستمرار.

أنواع القطارات:

أولاً: قطارات الديزل:

قطار الديزل هي نوع من قطارات السكك الحديدية التي يكون فيها المحرك الرئيسي هو محرك ديزل، تمّ تطوير عدة أنواع من قطارات الديزل، والتي تختلف بشكل رئيسي في الوسائل التي يتم من خلالها نقل الطاقة الميكانيكية إلى عجلات القيادة، استُخدمت قطارات الاحتراق الداخلي المبكر وعربات السكك الحديدية الكيروسين والبنزين كوقود. 

ثانياً: القطارات الكهربائية:

يعود تاريخ الجهود المبذولة لدفع مركبات السكك الحديدية باستخدام البطاريات إلى عام 1835، ولكن أول تطبيق ناجح للجر الكهربائي كان في عام 1879، عندما ركضت قاطرة كهربائية في معرض في برلين، كانت التطبيقات التجارية الأولى للجر الكهربائي في الضواحي أو المدن الكبرى.

ثالثاً القطارات البخارية:

هو نوع من قطارات السكك الحديدية التي تنتج قدرتها على السحب من خلال محرك بخاري، يتم تغذية هذه القطارات عن طريق حرق المواد القابلة للاحتراق مثل الفحم أو الخشب أو الزيت لإنتاج البخار في المرجل.

حقائق مهمة في تاريخ القطار:

• ظهر أول قطار في عام 1804، وتمكن من سحب 25 طنًا من مادة الحديد و 70 شخصًا على مسافة 10 أميال.
  
• على مدار التاريخ، كانت القطارات تعمل بالبخار والكهرباء ووقود الديزل (على الرغم من أنّ أحد أقدم القطارات في الولايات المتحدة كان يعمل بواسطة الخيول التي كانت تسير على جهاز المشي).
  
• تنقل القطارات حالياً حوالي 40٪ من البضائع العالمية.
  
• القطارات صديقة للبيئة للغاية، ولكن إنتاجها وصيانتها غالي الثمن.
  
• تمكّن أول قطار بخاري تجاري (ستيفنسون”The Rocket”) من الوصول إلى سرعة 96 كم / ساعة.
  
• يمكن أن تتجاوز قطارات اليوم 200 كم / ساعة، والقطارات المتخصصة السريعة إلى أكثر من 300.
  
• أشهر خطين للسكك الحديدية يبلغ طولهما 9297 كيلومتراً عبر قطار سيبيريا السريع الذي يربط بين موسكو وفلاديفوستوك، وأول خط سكة حديد أمريكي خارج المسار الذي يربط الساحل الشرقي والغربي في عام 1866 (خطوط سكة حديد يونيون باسيفيك ووسط المحيط الهادئ).
  

أسرع قطار في العالم:

بسرعة 350 كلم / ساعة، أصبحت قطارات “Fuxing” الصينية الجديدة أسرع قطارات فائقة السرعة في العالم، حيث حلّت ساعة واحدة من رحلة 1318 كم بين شنغهاي وبكين، أعادت القطارات الجديدة الصين إلى صدارة أسرع القطارات العاملة، بعد حادث تحطم قاتل في عام 2011، خفضت الصين سرعة خدمة القطارات فائقة السرعة من 350 كم / ساعة الأسرع في العالم إلى 250-300 كم / ساعة.
في حين أنّ هذه السرعات مثيرة للإعجاب بلا شك، ما زالت اليابان تحمل الرقم القياسي العالمي، مع سرعة قصوى تبلغ 603 كم / ساعة في الاختبار، يضع قطار “SCMaglev” الياباني الآخرين في الظل، ومع ذلك، فإنّ سرعة التشغيل القصوى القياسية لها أبطأ من قطارات Fuxing بسرعة 320 كم /ساعة، تتمتع TGV الفرنسية أيضاً بالقدرة على الوصول إلى سرعات أعلى (575 كم / ساعة)، ولكنها تقتصر أيضاً على 320 كم /ساعة في التشغيل العادي.