月刊ポピュラーサイエンス/第03巻/1873年6月号/鉄道輸送の経済性

鉄道輸送の経済性

鉄道の第一の構想は、完全に滑らかで、平坦で、まっすぐな道路であり、その上で摩擦を最小限に抑え、重い荷物をできるだけ少ない抵抗で、最高の速度で走らせることができるようにすることである。

初期の機関車は、このような平坦な道を走るように設計されており、機関車は坂道を登ったり、角を曲がったりすることはできないと長年考えられてきた。

最初の鉄道客車は、名前も何もかもが舞台用客車を単純に改造したものであった。アッカーマンがリバプール・マンチェスター鉄道を描いた初期の彫刻に描かれている、黄色いパネルと窓を持ち、大きな石炭入れのボンネットをかぶった女性でいっぱいの不思議な 3人乗りの「スタフォード侯爵」号を見てみると、面白い。唯一の大きな違いは、当時の鉄道はほぼまっすぐに作られていたので、一般の道路用車両のように車軸が部分的に放射状になっているものはなく、両方の車軸は動かせないように堅く留められていたことである。

しかし、鉄道車両の車輪を2本の直線レールの間に保持するためにフランジが採用されるや否や、この配置は不要となり、より高い強度と安全性を得るために、車輪は車軸に堅く固定され、両者は共に回転することを余儀なくされたのであった。

そのため、初期の大きな開削や盛土は先例として放棄され、鉄道は地表に沿うだけの普通の道路に近い形にする必要があり、費用も少なくてすむようになった。

したがって、鉄道車輌自体も、より原型に近く、状況の変化により捨てられたものを再製する必要がある。

最も基本的な原則を守ろう。なぜなら、これらの原則こそ忘れられ、誤解されているが、真鍮に刻まれ、世界中のすべての鉄道会社の役員室に掲げられているはずだからだ。一般道路では、馬は平地を走る荷車に載せた1トンの重りを時速4～4¼マイルで引くことができるし、同じことだが、70ポンドの重りを滑車に掛けて井戸に下ろせば、前述の速度でそれを引き上げることができるのだ。この論文での指摘は、特に専門家ではない読者を対象としているため、少し明確にする必要がある。つまり、同じ馬が同じ速度で7トンを引くことができ、マカダムと鉄の差は、70ポンドから10ポンドとなるのである。しかし、この大きな利点は、勾配にぶつかると消えてしまう。重力による抵抗が摩擦による抵抗よりはるかに大きくなり、どちらの場合も一定だからである。たとえば、一般的な道路で、10mに1フィートの勾配を上るとき、馬がマカダムの上を荷車で5cwt進むとすると、同じ坂をレールを敷けば、後ろの荷物は1cwt強、つまり全体で6¼cwtにしかならないので、この場合、レールの価値はほとんど失われてしまうのである。したがって、坂のあるところでは路面電車はあまり使われない。

つまり、もし車両が30分の1の傾斜の道路に置かれたら、それだけで動き始めるだろう。しかし、鉄道では、最も有利な条件下で、摩擦による抵抗は、運ばれる全荷重の180分の2にまで減少している。つまり、車両は280分の1の勾配で自力で動き始める。トレドゴールドの実験によれば，馬は時速2マイルでは5マイルのときのちょうど4倍の量を引くことができ，時速3マイルでは実際に役立つ仕事を最も多くすることができるようである。一方，時速10マイルでは実際の力の4分の1しか利用できず，1時間半もその力を発揮できないが，時速2マイル半では8時間働き続けることができる。これらのデータを前にして、蒸気と馬肉の価値を比較することは簡単である。平均的な機関車のエンジンが1時間に消費する石炭が1馬力あたり5ポンドを超えないと仮定すると、馬力あたりの燃料費は1時間あたり半ペニーとなる。馬の餌を1日1s.9d.とすると、1馬力あたりの燃料費は1時間あたり半ペニーとなる。馬の飼料を1日1s.9d.とし、6時間働くとすると、蒸気の場合1時間3½d.に対して半ペニー、つまり7対1で蒸気に有利である。

したがって、平坦な鉄道を時速10マイルで走る機関車と、平坦な一般道路を走る馬の利点を合計すると、前者は後者に対してほぼ300対1の経済性をもたらすことがわかるだろう。

このように、蒸気機関車と鉄道は非常に大きな利点を備えているのに、これ以上の経済的成果が得られないのは驚くべきことではないだろうか。どこかで何かが間違っているのだろう。アルテマス・ウォードが言うように、「なぜこうなのか、この理由は何なのか」である。

鉄道の車両は非常に高速で推進されるため、その構造には大きな強度が必要であり、運搬される荷物の重量に比例して膨大な重量となる。

ニコラス・ウッドによれば、昔の駅馬車は重量がわずか16～18ポンドで、2トン以上の有料客とその荷物を運んだという。さて、4つのコンパートメントを持つ3等客車は、積載重量1cwtにつき2.8cwtの重量があることになる。したがって、駅馬車は、三等鉄道車両に対して6.5倍の優位性を持っていることになる。

道路と鉄道の絶対的な比較は、時速10マイル以上では不可能である。なぜなら、前者ではかなりの距離にわたってそのような速度は不可能だからである。ここでもまた，勾配の問題に注意しなければならない。

これまで説明してきたように、急勾配の場所では、重力による抵抗が摩擦による抵抗よりはるかに大きいので、レールの利点は比較的僅少であり、ストックの重量を6.5倍にしなければならない場合には、完全に失われるものである。

例えば、10分の1の勾配で、前述の数字を用いると、蒸気機関車による鉄道の馬による道路に対する利点は、前者の在庫が後者が必要とする重量に比べてわずか6½倍であれば、4分の1以下になることは容易に示すことができるだろう。したがって、10分の1の勾配をもつ鉄道は、その車両が通常のオムニバスや馬車と同じでなければ、（それが可能であると仮定して）作る価値がないことになる。

かつてニコラス・ウッドは、馬による一般道路の輸送コストの比較計算を行った。彼は、平均してステージワゴンは1時間に2マイル半の速度で、1マイルあたり1トン8ドルで利益を上げて輸送できること、軽いバンまたはカートは1時間に4マイルで、1マイルあたり1セントの荷物を運べることを示した。駅馬車の乗客は、1マイルにつき3ドル、1トンあたり3セントを請求された。1トンあたり3s.6d.（時速9マイル）であった。さて、鉄道は実際にどのような役割を果たしているのだろうか。現在、石炭は1マイルあたり1トンあたり215デシベルで運ばれ、平均時速は20マイルであるが、この低料金では実際に利益が出る。遊覧列車は1マイルあたり1.5ドル以下で乗客を運び、時速20マイル、つまり1マイルあたり1トンあたり7ドルで輸送しているのである。

さて、旅客と石炭の輸送に関わる有償・無償の荷物の相対的な割合を念頭に置いて、単純に計算すると、1トンの旅客を1マイル1ドル未満、つまり1/14ペニーで運べることが分かる。旅客は駅舎を必要とするが、石炭は自分で荷を降ろすからである。

1869年の秋、『タイムズ』紙は鉄道問題を取り上げ、一連の非常に優れた記事で、現在の状況の誤りを示そうとした。これほど強力なペンによって提唱されたにもかかわらず、改革はいまだに実行されず、実際、未着手である。そして、鉄道の乗客1人を運ぶのに2トン以上の鉄や木材が使われていることが示された。また、ホートン氏によれば、貨物列車が運ぶ荷物のうち、支払う重量は30パーセント以下であり、残りの70パーセントは自重であるとのことだ。しかし、旅客列車では、わずか5％、あるいはそれ以下しか積載重量にならず、残りの95％は明らかに死蔵品で構成され、利益を生まない。このことをよく覚えておくとよい。 鉄道に関係する乗客について語るとき、おそらく14ストーン程度に乗る立派な英国の田舎紳士を思い描いてはならない。しかし、先史時代の比率に拡大され、普通のセイロン象よりも重く、20から25袋の石炭、すなわち21/4トン程度を占めるホメロスの巨人がいる。