XXVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Скоростной поезд будущего

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы

Барс А.А. 1

---

1МАОУ «СОШ №55», г. Пермь

Дробинина Н.Г. 1

---

1МАОУ «СОШ №55», г. Пермь

Работа в формате PDF

2 MB

Введение

Мне нравится ездить на поездах, электричках. Я иногда езжу с папой на его работу на электричке. Папа даже пересел с автомобиля на электричку и ездит на ней каждый день на работу, так, говорит, быстрее и удобнее, чем на машине - не стоишь в пробках.

Железнодорожный транспорт, бесспорно, является ведущим звеном в транспортной системе и стоит на первом месте среди других видов грузопассажирских перевозок.

В эпоху промышленной революции железные дороги преобразили мир. Этот транспорт популярен и сегодня. Многие полагают, что ему есть куда развиваться, учитывая, что вояж на поезде наносит меньше вреда окружающей среде, чем путешествие на самолете или автомобиле, не создает пробок.

К сожалению, в наше время поездам трудно соревноваться с автомобилями по удобству и уровню комфорта, а с самолетами – по скорости передвижения. Многие предпочитают путешествовать на самолете. И неудивительно, ведь скорость обычного скорого поезда в России составляет только 55-60 км/час, ускоренного – до 140 км/час, а скоростной поезд движется со скоростью 250 км/час.

Актуальность темы заключается в том, что в настоящее время для России, как для самой большой по площади страны, железнодорожный транспорт играет огромную и очень важную роль и является одним из самых необходимых видов транспорта. Поэтому необходимо уделить ему особое внимание, чтобы добраться из одной точки страны в другую, затратив на это меньше времени.

Цель: оценить перспективы скоростных поездов для будущего России.

Задачи:

1 Изучить историю создания и развития железнодорожного транспорта.

2 Разобрать для чего необходимы поезда и какие они бывают.

3 Разработать вопросы для анкетирования школьников, провести опрос, обобщить и проанализировать его результаты.

4 Сделать расчеты скорости движения поездов.

5 Узнать о перспективах развития Российских железных дорог.

6 Выполнить презентацию работы.

Гипотеза: предположим, что скоростные поезда – это перспективный транспорт будущего России.

Методы исследования:

• Работа с разными источниками информации

• Сбор и описание материала

• Анализ и сравнение

• Анкетирование и расчёты

• Нарисовать с помощью Искусственного Интеллекта поезд будущего, как он может выглядеть в моем понимании.

Глава 1. Что такое поезд?

Поезд в современном понятии — сформированный и сцепленный состав, состоящий из группы вагонов, с одним или несколькими действующими локомотивами или моторными вагонами, приводящими его в движение, и имеющий установленные сигналы (звуковые и видимые), которые обозначают его голову и хвост. Помимо этого, на многих (в том числе и российских) железных дорогах каждый поезд получает определённый номер, позволяющий отличать его от остальных поездов. К поездам также относят локомотивы без вагонов, моторные вагоны и специальный самоходный подвижной состав (например автомотрисы и дрезины несъемного типа), отправляемые на перегон и имеющие установленные сигналы.

Хотя традиционно слово «поезд» и связывают с железнодорожным транспортом, появилось оно значительно раньше первых паровозов (1804 год). Так, согласно словарю Даля, слово «поезд» происходит от слова «поездка» и изначально обозначало ряд повозок, следующих друг за другом — в этом значении слово сохранилось.

В дальнейшем с развитием железнодорожного транспорта слово «поезд» стало применяться и к нему. В том же словаре Даля можно встретить и такое определение: «Поезд железной дороги — сколько везет паровоз, или что сцеплено вместе, в одно целое.» Под это определение попадает и группа сцепленных между собой вагонов — железнодорожный состав.

Глава 2. История поезда: Первые поезда в мире, и в России.

Первые поезда (раньше они назывались паровозами) были основаны на паровых машинах. В 1773 году Джеймс Уатт создал первый паровоз, а спустя девять лет им же была сконструирована универсальная паровая машина, которая стала применяться не только в промышленности, но и при производстве паровозов, пароходов, автомобилей.

Рис.1

Первая в мире железная дорога общего пользования с паровой тягой была построена в Англии Джорджем Стефенсоном в 1825 году — между Стоктоном и Дарлингтоном. Её протяжённость составляла 40 километров. 

Первая железная дорога между относительно крупными городами была открыта в 1830 году и соединила промышленный центр Манчестер с портовым городом Ливерпуль (56 км). На линии также использовались паровозы Стефенсона. 

Рис.2

Первый в истории России паровоз был построен отцом и сыном Черепановыми. Ещё до постройки паровоза, Ефим Черепанов и его сын Мирон занимались строительством паровых машин.

Считается, что идея постройки своего первого паровоза, Черепановым пришла именно в Англии после того, как они увидели паровоз Стефенсона, когда его, как опытного механика, отправляли в различные страны Европы. Первый паровоз Черепановых был построен в 1834 году. Это был первый паровоз в истории Российской техники.

Первый паровоз Черепановых перемещался по чугунной дороге длиной примерно 900 метров. Он мог перевозить грузы массой 3,5 тонны со скоростью 15 км/ч.

В России первой железной дорогой общественного пользования стала Царскосельская дорога от Санкт-Петербурга до Павловска, открытая 11 ноября 1837 года (30 октября по старому стилю). По которой со скоростью 33 км/ч курсировали пассажирские поезда. Это были маленькие неуклюжие паровозики с длинной трубой, как шея жирафа. Они могли тянуть за собой груз весом 3 тонны.

Она была единственной в стране и шестой в мире.

Рис.3

Что бы увековечить открытие первой российской железной дороги, отчеканили памятную бронзовую медаль.

Рис. 4

Поезда пришли на смену конному транспорту раньше, чем автомобили.

В наши дни это один из наиболее развитых видов транспорта во всём мире. Ещё пару сотен лет назад трудно было представить, что можно будет перевозить грузы и путешествовать без использования конного транспорта. Появление железных дорог способствовало ускоренному росту экономики, развитию промышленности, и произошло это за очень короткий период времени.

Глава 3.  Какие бывают поезда и для чего они предназначены

Пассажирские — предназначены для перевозки пассажиров, багажа. Есть пригородные маршруты, это «электрички». Они движутся недалеко, постоянно останавливаются на самых маленьких полустанках. Но есть маршруты дальнего следования — они преодолевают тысячекилометровые расстояния. Вагоны в них называются спальными, различаются по классам. Все такие составы движутся, соблюдая расписание, чтобы пассажиры точно знали, когда поезд отправляется со станции и прибывает на нее.

Грузовые — предназначены для перевозки грузов. Устаревшее название — товарные. В грузовом вагоне или товарняке перевозят все различные виды грузов, от продуктов, животных, ядов, сыпучих грузов - песок, щебень и т.д.

Хозяйственные — поезда, предназначенные для обслуживания нужд дороги: перевозки балласта, развозки строительных материалов, доставки воды, вывозки снега и др.

Воинские — предназначены для перемещения воинских эшелонов (войск (сил), вооружения, военной техники и других воинских грузов).

Санитарные — предназначены для эвакуации и оказания медицинской помощи раненым и больным в ходе военных действий, специально оборудованные для перевозки и лечения пострадавших.

Глава 4. Преимущества и недостатки поездов

Преимущество поездов:

• Быстрый вход и отсутствие досмотра. Никакого особого досмотра и долгих очередей, как в аэропортах!

• Вас доставят прямо в центр города. Железнодорожные вокзалы расположены в центре городов.

• Нет ограничений на вес багажа. Вы можете взять с собой столько, сколько поднимете (и даже больше).

• Можно взять с собой еду.

• Большой выбор направлений. Поезда ходят регулярно, останавливаются часто, можно добраться до многих труднодоступных мест.

• Экономия времени и денег. Билет на поезд сравнительно недорог.

• Меньше опозданий. Поезда, как правило, следуют своему графику.

• Комфорт. Даже боковушка в плацкарте позволяет полежать или поспать, тогда как переезд в автобусе или самолете вынуждает все время хранить сидячее положение.

Недостатки поездов:

- Состояние вагонов и качество обслуживания. 

- В плацкарте обычно шумно, людно и могут быть различные запахи.

- Стоимость билетов. В некоторых случаях, цена билетов может быть дороже, чем на другие виды транспорта (включая самолет)

- Низкая скорость перемещения. Поездка на обычных поездах не предполагает срочности. Даже автомобили опережают поезда по этому показателю.

Глава 5. Скоростные поезда, которые сейчас уже существуют

Развитие скоростного железнодорожного транспорта не стоит на месте.

Ученые и изобретатели придумывают различные усовершенствования для поездов.

Если раньше у поездов были только колеса, то сейчас есть поезда на магнитной подушке – Маглев.

Маглев — официальное название поезда на магнитной подушке. Он приходит в движение благодаря действию электромагнитного поля и, по сути, левитирует в воздухе (отсюда и название «маглев» — магнитная левитация).

Отсутствие колес снижает трение, что позволяет достигать больших скоростей: рекорд скорости маглева был установлен 21 апреля 2015 года в Японии Shinkansen — 603 км/час (без людей, экспериментальный, с такой скоростью они сейчас не ходят, но планируют запускать)

Самый быстрый на данный момент шанхайский маглев - поезд на магнитной подушке. Поезд курсирует между аэропортом Шанхая и городом, на некоторых участках дороги разгоняясь до 430 км/ч.

В конце 2024 года в Пекине состоялась презентация прототипов нового высокоскоростного поезда CR450, способного развивать скорость до 450 км/ч и предназначенного для эксплуатации на скорости в 400 км/ч.

Рис.6

Китайский CR450

450км/ч

Рис.5

Японский Shinkansen
603 км/ч

В России сейчас самый высокоскоростной поезд это Сапсан. Он курсирует Москва - Санкт-Петербург. Технически поезд может развивать скорость до 350 км/ч, но на железных дорогах России она пока ограничена 250 км/час, и на некоторых участках дороги скорость снижается до 160 км/час из-за состояния дорог.

В России ученые так же разрабатывают поезда на магнитных подушках и даже уже создан 250-метровый экспериментальный участок путей на сверхпроводимых магнитах. В разработках в сфере транспортных перевозок предполагается, что маглев станет передвигаться за счёт электромагнитного поля, которое создадут проложенные под колеей мощные магниты. Поезда не будут соприкасаться с землей, благодаря чему не потеряют скорости при трении. Единственным сопротивлением станет встречный воздух.

Планируется, что маглевы с пассажирами на борту разовьют скорость до 600 км/ч. Так, например, если проложить путь от Москвы до Владивостока протяженностью около 9300 км, преодолеть его удастся за 20 часов, сейчас это занимает 6 дней.

Будущее железных дорог России связано с расширением сети скоростных линий. Когда дороги будут более качественные, то возможно будет запустить и более скоростные поезда.

Рис. 7

Глава 6. Практическая часть. Расчет скорости движения.
 

Скорость движения поездов — один из важнейших показателей работы железнодорожного транспорта, выражающий количество километров, проходимых поездом в единицу времени (обычно час или сутки). 

Скорость движения поездов зависит от отрезка пути, по которому они следуют.

На скорость влияют:

• состояние пути;

• оборудование;

• прямолинейность (в поворотах скорость сбрасывается).

Выделяют следующие виды поездов по скорости движения: 

• Пассажирские — едут не быстрее, чем 50 км/ч. Замедляет движение пассажирского поезда обилие остановок на маршруте.

• Скорые — от 50 до 91 км/ч.  Они отличаются от обычных пассажирских тем, что делают мало остановок.

• Скоростные — от 91 до 200 км/ч.  Их не пускают по обычным путям.

• Высокоскоростные — более 200 км/ч. Для них специально оборудуются пути, способные переносить высокие нагрузки.

Как определить категорию поезда без подсказки.

Хотите мгновенно сориентироваться в категории поезда? Посмотрите на номер состава.

• Высокоскоростные поезда имеют номера в диапазоне 751–788.

• Скоростные поезда нумеруются в диапазоне от 701 до 750.

• Скорые поезда пронумерованы в интервале от 1 до 298 и от 801 до 898.

• Пассажирские поезда имеют номера в интервале с 301 по 698. Номерами с 451 по 598 обозначены сезонные или разовые поезда.

Мы с родителями решили посчитать сколько займет времени если заменить скорый поезд, на высокоскоростной поезд Сапсан на короткое расстояние, и на самый протяженный путь в России.

Задача 1

Скорый поезд следующий по маршруту Пермь — Екатеринбург ездит со скоростью 70-80 км/ч и проезжает путь 380 км за 5 часов. Предположим, что скоростной поезд, который будет ездить в будущем со скоростью 250 км/ч. За какое время новый скоростной поезд доедет по маршруту Пермь — Екатеринбург?

380км – 80км/ч – 5 часов

380 км - 250 км/ч – Х часов

Х = 1,5 часа

Сэкономлено 3,5 часа

Задача 2

Пассажирский поезд следующий по маршруту Москва - Владивосток ездит со скоростью 60 км/ч и проезжает путь 9288км за 166 часов. Предположим, что скоростной поезд, который будет ездить в будущем со скоростью 250 км/ч. За какое время новый скоростной поезд доедет по маршруту Москва - Владивосток?

9288 км – 60 км/ч - 166 часов

9288 км – 250 км/ч – Х часов

Х = 37 часов

Сэкономлено 129 часов

Из этого можно сделать вывод, что, запустив высокоскоростной поезд, добраться из одной точки в другую будет намного быстрее, удобнее и комфортнее.

Глава 7. Анкетирование

Я провел опрос среди учеников второго и четвертого классов.

Вопросы и варианты ответов представлены в Приложении 1.

Результаты представлены ниже в виде диаграмм и ответы разделены на две категории: первая это знания о поездах и вторая о том нравятся ли поезда школьникам.

П ервая часть

- Что такое поезд знают почти все школьники.

- С какой скоростью ездит самый быстрый поезд по этому вопросу голоса разделились практически по всем трем вариантам ответа одинаковые результаты в обоих классах.

- Каких поездов не бывает 2 класс ответил большинство правильно, а 4 класс почти уверен, что не бывает санитарных поездов, хотя такие существуют.

- Самый быстрый поезд России тут большинство ответили правильно, это сапсан.

Вторая часть

Я выяснил что почти всем нравится ездить на поездах и большинство хотели бы прокатиться на скоростном поезде со скоростью 500 км/ч., но услугами железнодорожного транспорта их семьи не пользуются.

По вопросу «Оказывает ли влияние железнодорожный транспорт на окружающую среду, мнения разделились, а некоторые затруднялись ответить, скорее всего из-за того, что не знают правильный ответ. А ответ тут неоднозначный, хоть железнодорожный транспорт и является самым экологически чистым для природы но он всё таки вносит существенные нарушения в окружающую среду - потребление топливных ресурсов, электроэнергии и воды, разнообразные выбросы твердых, жидких и газообразных веществ, нарушение природных ландшафтов (особенно это касается различных ремонтных служб, обслуживающих подвижной состав и железнодорожное полотно); шумовое загрязнение среды. 

Для лучшего закрепления знаний о поездах, при помощи родителей и искусственного интеллекта мы придумали и создали игру "Скоростной экспресс: Путешествие без опасности". Игра помогает детям развить логическое мышление и закрепить знания о безопасности на железной дороге. Игра представлена в Приложении 4.

Заключение

Изучая данную тему, я узнал, что:

• Самый скоростной в мире поезд может технически развить скорость 603 км/ч.

• Самый быстрый поезд в России является Сапсан и он развивает скорость до 250 км/ч.

• Большинство школьников знают, что такое поезд, и какие они бывают, любят ездить на поезде, но пользуются ими не часто.

• В России строят новые скоростные трассы и проектируют новые скоростные поезда.

• Запустив высокоскоростной поезд, добраться из одной точки в другую будет намного быстрее, удобнее и комфортнее.

Моя гипотеза подтвердилась - скоростные поезда, это перспективный транспорт для будущего России.  

Железные дороги занимают огромное место в жизни России, соединяя бескрайние просторы нашей Родины и стали главным видом грузового и пассажирского транспорта. Россия по количеству железных дорог занимает второе место в мире. Удобнее и комфортабельнее становятся вагоны: пассажиры в дороге могут пообедать в ресторане, принять душ, посмотреть фильм. Между городами строятся новые скоростные трассы.

Совсем недавно современные поезда казались неосуществимой фантастикой, а теперь реальность. И хотя в настоящее время еще не появились принципиально новые способы перемещения, тем не менее, разработки ведутся в разных направлениях и приносят результаты.

Технологии развиваются, и вполне возможно, что в будущем самые смелые идеи фантастов реализуют на практике ученые.

В Приложении 3, я привел варианты поездов будущего, нарисованные искусственным интеллектом. А также рисунки школьников, которые тоже нарисовали поезд будущего.

Список литературных источников

1. Перевод с английского Е.В. Комиссарова, Научно познавательная литература «Юный исследователь Автомобили. Мотоциклы. Поезда.» для младшего и среднего школьного возраста/Росмэн/ Москва, перевод, 1995г, 95с.

2. Журнал «Джордж Стефенсон. Отец железных дорог» 2022г. /Автор Римма Алдонина/ Издательство «Настя и Никита» /Москва, 24с.

3. Журнал «Царскосельская чугунка. Первая железная дорога в России» 2017г. /Автор Марина Улыбышева/ Издательство «Настя и Никита» /Москва, 27с.

4. https://vokzal.ru/blog

5. https://4pda.to/2025/01/12/437102/v_kitae_pokazali_prototip_samogo_bystrogo_v_mire_poezda/

6. https://pikabu.ru/story/sinkansyen_kak_rabotayut_skorostnyie_poezda_yaponii_6418817

7. https://novate.ru/blogs/140822/63825/

8. https://ru.ruwiki.ru/wiki/%D0%9F%D0%BE%D0%B5%D0%B7%D0%B4

9. https://ru.wikipedia.org

10. https://rutube.ru/video/f87168a8cf7eda83faf8eafac19e146f/

11. https://yandex.ru/video/preview/17576190946533452239

12. https://chat.deepseek.com/

Приложение 1

Анкета на тему «Поезд будущего».

Приложение 2

Полезная и интересная информация

Виртуальный тур по Детской Железной дороге

г. Екатеринбург

Виртуальный тур по Музею Железных дорог России

г. Санкт-Петербург

Железные дороги

и поезда будущего

Поезда будущего

(видео - фильм)

Приложение 3

Поезда будущего, нарисованные искусственным интеллектом

Поезда н арисованные школьниками

Приложение 4

Игра:

" Скоростной экспресс: Путешествие без опасности"

Правила игры

Цель игры:

Игроки должны безопасно доставить пассажиров из пункта А в пункт Б, избегая опасностей, отвечая на вопросы и соблюдая правила безопасности на железной дороге. Побеждает тот, кто первым доедет до конечной станции, соблюдая все правила безопасности.

Игровое поле:

Игровое поле представляет собой маршрут скоростного поезда с препятствиями. Игроки бросают кубик и двигаются по полю.

На каждом шаге их ждут задания или препятствия:

• шлагбаум (клетка 5). Дальше вы не можете пройти пока не ответите на вопрос о безопасности. Если не ответили на вопрос, то ходите по кругу пока не ответите. Если ответ на вопрос правильный, то при следующем кидании кубика вы проходите дальше.

• станция техобслуживания (клетка 10). Вы пропускаете ход.

• зеленый светофор (клетка 8 и 20). Вам повезло, и вы можете кинуть кубик ещё раз.

• животное, лось или корова (клетки 16 и 26). Вам необходимо ответить на логический вопрос. Если отвечаете неправильно, то пропускаете следующий ход, если правильно, то идете дальше.