قوس شیب

اختلاف ارتفاع عرضی دو لبهٔ راه در سرِ پیچ‌ها برای حذف نیروی گریز از مرکز را قوس شیب^[۱] (انگلیسی: Cant) می‌گویند.

قوس شیب در خطوط ترابری ریلی یا زاویه کجی در یک جاده (که با نام‌های شیب اضافی، شیب عرضی یا افت عرضی نیز شناخته می‌شود)، نرخ تغییر ارتفاع بین دو ریل یا لبه‌های جاده را نشان می‌دهد. این شیب معمولاً در مکان‌هایی که خطوط ریلی یا جاده خمیده هستند بیشتر است. بالا بردن ریل بیرونی یا لبه بیرونی جاده، پهلوگردی ایجاد می‌کند و این امکان را فراهم می‌آورد که وسایل نقلیه با سرعت بیشتری از پیچ عبور کنند، در مقایسه با زمانی که سطح کاملاً صاف است.

به‌طور ایدئال، میزان قوس شیب ${\displaystyle E_{a}}$، با توجه به سرعت ${\displaystyle v}$ قطار، شعاع انحنا ${\displaystyle r}$ و عرض ریل ${\displaystyle w}$، باید رابطه زیر را برقرار کند:

${\displaystyle v^{2}={\frac {E_{a}rg}{\sqrt {w^{2}-E_{a}^{2}}}}\approx {\frac {E_{a}rg}{w}}}$

که در آن ${\displaystyle g}$ شتاب گرانشی است. این رابطه از تعادل بین وزن، نیروی گریز از مرکز و نیروی عمودی (مولفه افقی نیروی گرانشی مایل) به دست می‌آید. در این تقریب، فرض می‌شود که قوس شیب در مقایسه با عرض ریل کوچک است.

شیب اضافی غیرمتعادل ${\displaystyle E_{u}}$ به‌عنوان حداکثر میزان اضافی شیب تعریف می‌شود که ممکن است برای قطاری که با سرعتی بالاتر از سرعت طراحی‌شده حرکت می‌کند، موردنیاز باشد. این مقدار حداکثر سرعت مجاز ${\displaystyle v_{max}}$ را تعیین می‌کند. فرمول این‌گونه است:

${\displaystyle v_{max}\approx {\sqrt {\frac {(E_{a}+E_{u})rg}{w}}}={\sqrt {\frac {(E_{a}+E_{u})g}{dw}}}}$

که در آن ${\displaystyle d=1/r}$ انحنای مسیر است، که همچنین نشان‌دهنده تغییر مسیر به رادیان در هر واحد طول مسیر است.

در ایالات متحده، حداکثر سرعت تحت قوانین خاصی تعیین می‌شود. با استفاده از مقادیر ${\displaystyle g=32.17\,\mathrm {ft/s^{2}} }$، ${\displaystyle w=56.5\,\mathrm {in} }$ و عوامل تبدیل واحدهای معمولی آمریکا، حداکثر سرعت قطار روی مسیرهای خمیده برای شیب اضافی یا شیب غیرمتعادل مشخص از فرمول زیر محاسبه می‌شود:

${\displaystyle v_{max}\approx {\frac {3600}{63360}}{\sqrt {\frac {32.17\cdot 12(E_{a}+E_{u})}{56.5\cdot d{\frac {\pi }{1200\cdot 180}}}}}\approx {\sqrt {\frac {E_{a}+E_{u}}{0.00066d}}}}$

که در آن: ${\displaystyle E_{a}}$ و ${\displaystyle E_{u}}$: به اینچ ${\displaystyle d}$: درجه انحنا به درجه در هر ۱۰۰ فوت ${\displaystyle v_{max}}$: به مایل بر ساعت.

در مهندسی عمران، قوس شیب معمولاً با نام‌های شیب عرضی یا کمبر شناخته می‌شود. این ویژگی به تخلیه آب باران از سطح جاده کمک می‌کند. در بخش‌های مستقیم یا با انحنای کم، معمولاً مرکز جاده بالاتر از لبه‌ها قرار دارد. این حالت که "تاج عادی" نامیده می‌شود، باعث جریان آب باران به اطراف جاده می‌شود.

در حین انجام کارهای جاده‌ای که شامل مسیرهای موقت است، ممکن است شیب مخالف حالت عادی باشد، به‌عنوان مثال، با لبه بیرونی بالاتر، که باعث می‌شود وسایل نقلیه به سمت ترافیک مقابل متمایل شوند. در بریتانیا، این وضعیت با علائم هشداردهنده با عنوان «شیب معکوس» مشخص می‌شود.

در پیچ‌های تندتر، لبه بیرونی پیچ بالا برده می‌شود یا شیب اضافی داده می‌شود تا به عبور وسایل نقلیه از پیچ کمک کند. مقدار شیب اضافی با توجه به سرعت طرح و میزان تندی پیچ افزایش می‌یابد.

شیب معکوس

یک پیچ با شیب معکوس به حالتی گفته می‌شود که خلاف پهلوگردی است، یا حالتی که لبه بیرونی پیچ پایین‌تر از لبه داخلی است.^[۶][۷] پیچ‌های با شیب معکوس هم مورد ترس و هم مورد علاقه رانندگان ماهر هستند.^[۸][۹]

مدیریت این پیچ‌ها بخش مهمی از مهارت کنترل وسیله نقلیه است، چه در وسایل نقلیه تک‌مسیر و چه خودروها، چه موتوری و چه انسانی، چه در مسیرهای بسته و چه باز، و چه در سطوح آسفالته و چه غیرآسفالته.

در مسیرهای مسابقه، این پیچ‌ها یکی از عوامل مهندسی در اختیار طراح مسیر هستند که برای به چالش کشیدن و آزمایش مهارت رانندگان استفاده می‌شوند.^[۱۰] پیچ‌های با شیب معکوس در یک راهنمای آموزشی برای رانندگان حرفه‌ای به‌عنوان «سخت‌ترین پیچ‌هایی که در مسیر با آن‌ها مواجه خواهید شد» توصیف شده‌اند.^[۱۱]

در خیابان‌ها، این پیچ‌ها بخشی از برخی از معروف‌ترین جاده‌های آسفالته دنیا هستند، مانند "اژدها" (US 129) در Deals Gap,^[۱۲] "الماس‌پشت" (NC 226A) در کارولینای شمالی،^[۱۳] مسیر ۷۸ در اوهایو،^[۱۴] مسیر ۱۲۵ در پنسیلوانیا،^[۱۵] مسیر ۳۳ در کالیفرنیا،^[۱۶] و مثلث Betws-y-Coed در اسنودونیا در ولز.^[۱۷]

برای دوچرخه‌سواران کوهستان و موتورسواران در مسیرهای خاکی و جنگلی، پیچ‌های با شیب معکوس چالشی هستند و می‌توانند به‌عنوان ویژگی طراحی‌شده یا طبیعی در مسیرهای تک‌مسیره ظاهر شوند.^{[۱۸][۱۹][۲۰][۲۱]} در سیکلوکراس، بخش‌های با شیب معکوس بسیار رایج هستند زیرا مسیرها در امتداد یال‌ها پیچ‌وتاب می‌خورند و سختی مسیر را افزایش می‌دهند.

در مدارهای مسابقه مجازی، قوس و شیب توسط بازی مسابقه و بازی ویدئویی شبیه‌سازی به دقت کنترل می‌شود تا سطح دشواری مورد نظر طراح را ایجاد کند.^[۱۰]

• مشارکت‌کنندگان ویکی‌پدیا. «Cant (road and rail)». در دانشنامهٔ ویکی‌پدیای انگلیسی، بازبینی‌شده در ۴ ژانویه ۲۰۲۵.