1.親如一家——初識鐵軌
鐵路，與火車親如一家，對火車起著非常重要的作用，讓我們共同來認識一下鐵軌吧！
鐵軌，顧名思義就是鐵路軌道。它有很多簡稱，例如路軌、鐵軌、軌道等。主要用於鐵路之上，行駛在鐵軌上的火車借助於轉轍器行駛，無需轉向就能夠運行。通常情況下，軌道由兩條平衡的鋼軌組成。鋼軌固定放在軌枕上，而路碴位於軌枕之下。
鋼製路軌，與其他路軌比起來，能夠承受更多的重物。軌枕，也稱為枕木或路枕。其主要功能是將鋼軌的重量分散開來，能夠使路軌保持固定，從而維持路軌的軌距。
通常情況下，軌道底部的路碴是由石礫鋪成的。路碴也被稱為道碴、碎石或道床，主要用來為軌道提供彈性及排水功能。除此之外，鐵軌同樣能夠鋪在混凝土築成的基座上（在橋上就相當常見），然而也能夠嵌在混凝土裏。
早期，路軌使用的是很薄的鐵片釘在木製的路軌上製成板式鐵軌。不過，即使這種路軌的建造成本較低，但由於這種路軌的承重很低，如果從長遠的利益來考慮，並不合理。
後來，路軌開始改用鐵軌。經過幾十年，對路軌進行不斷改進，使用的物料由鐵變成了鋼，而鋼的質素也有相當大的提高。由於鐵路上使用的鋼軌必須具有相當強的承受壓力，因此對質素的要求極高。對於鐵路鋼軌而言，對鋼的要求要比其他的應用要高得多。同樣出現一個小漏洞，在建築物使用的鋼筋內出現問題的概率極低；而對於鐵路鋼軌來說，極有可能隨時導致路軌斷裂，甚至於引起列車出軌。不僅如此，鋼軌價格較高，在鐵路成本之中，占有相當大的比重。
現如今，我們使用的鋼軌切麵大多成“工”形，而且一共分為三部分：與車輪接觸的軌頭、中間的軌腰以及位於底部的軌底。如果路線不同的話，對鋼軌強度、穩定性以及耐磨性的要求，也就不盡相同。所以，鋼軌的規格各有差異。如果要知道一條路線上，選擇哪一種規格的鐵軌，首先需要考慮到兩個問題：經濟與技術。
此外，鋼軌的種類及強度通常用千克/米來表示。每一米承受重量越大的鋼軌，所能承受的重物也就越大。
在歐洲，現在鐵路常見的鋼軌重量共有三種：40千克/米，50千克/米，60千克/米。在我國，最為常見的也有三種：50千克/米，60千克/米，75千克/米。
對於一些主要線路而言，使用最多的鋼軌是60千克/米或75千克/米。在較為發達的國家，使用的鋼軌更重，例如美國有些運煤線路承重高達77千克/米。
2.鐵軌的發展曆程
在古代，人們往往用堅硬的石頭鋪路，這是為什麼呢？事實上，車輪和路麵越堅硬，車輪運動起來就越省力。
古羅馬和希臘的城市街道，大多數是用堅硬的石塊鋪成的。人們也因此受到影響，他們認為，車輛經過的路麵並不需要全部鋪上石頭，隻需要在車輪經過的地方鋪上即可。後來，也就形成了軌道的雛形。
事實上，出現最早的軌道與現代的軌道是不同的，而是凹下去的。在農村居住的人可能會發現，大雨過後，車輛沿著車轍行走會比較輕鬆。於是，古希臘人便在石鋪的街麵上鑿出錯車道來。與此同時，如果是今天的話，行駛在上麵的馬車應該被命名為“有軌馬車”了。
隨著時間的推移，人們開始采用硬木來架設軌道了。不僅如此，還將馬車的車輪做成凹形。這樣一來，不僅能夠更好地嵌在木軌上，還能夠避免越軌。這一發明，在交通史上是一個很大的進步。這樣的話，不僅可以輕鬆地在木輪上行駛，而且特殊加工過的車輪能使車輛運行更加安全。
在女王伊麗莎白一世謀求富強這一新政策的影響下，英國便於16世紀從德國引入運礦的石軌。1660年，英國紐卡司安裏礦山才發現當時的軌道極易磨損。隨後，人們便開始建造鐵軌了。由此，出現了世界第一條鐵路——斯托克頓—達林頓鐵路，是英國於1825年修築的。
1825年9月27日，該鐵路正式通車營業。與此同時，還舉行了盛大的表演會。喬治·斯蒂芬森於當天上午9點，駕駛著他的“動力”號列車從息來敦站出發，鐵路兩旁人山人海，一片歡呼聲。不僅如此，還有很多年輕力壯的年輕人一直跟著火車奔跑，更有甚者騎馬沿路追隨。雖然初次運行途中發生了脫軌，但修複後並無大礙，人們激動的心情也並沒有受到影響。機車平均時速大約為13千米，最高時速達到了20～24千米。
此後，1825年便成為世界上第一條鐵路誕生的時間。
3.科學和智慧的姻緣——鐵軌的接合技術
鐵路建成之後，自然能夠一直為人們所使用。不過，再堅硬的鐵軌也有年久失修的時候，鋼軌的連接通常分為以下三種：
（1）接合魚尾板
事實上，將鋼軌連接成軌道，有很多方法。其中一種最為傳統，把一截長大約為20米的鋼軌固定在軌枕上，鋼軌之間自然會有接頭（也稱接縫）。對於英國而言，接頭出現在兩條路軌相同的地方，而美國則與其相反，出現在不同的地方。而且接頭使用魚尾板接合，鋼板長約60厘米，兩端有四或六口鋼栓，主要用來扣在鋼軌上的小洞。一般情況下，鋼軌之間的間隙是特意留下來的，寬大約為6毫米，人們稱之為伸縮接縫。魚尾板上鋼栓穿過的小洞為橢圓形，此種設計是為了鋼軌在炎熱的天氣能夠有足夠膨脹的空間。對於鋼軌來說，這是非常重要的。如果沒有間隙的話，每當溫度增加或減少1度，鋼軌所承受的壓力或拉力為1.6噸。如果一個地區每年的溫差為30度，那麼鋼軌就需要承受高達五十噸的力。這樣一來，鋼軌就有可能扭曲變形，影響列車的安全問題。
在這種情況下，雖然可以解決鋼軌熱脹冷縮的問題，但是又會出現另一個問題——列車駛過路軌上的小接縫時便會產生“哢噠、哢噠”的聲音。高速列車行駛在這種有接縫的路軌上，乘客就會產生行車不平穩的感覺。魚尾板在缺乏現代化投資的路線上最為常見，大部分的美國鐵路線差不多都是這一類，而且很多地方使用的還是木製的枕軌（也稱枕木），此外，還有一個原因就是，美國的鐵路速度較慢，木材價格低廉。
（2）持續焊接
持續焊接軌道，是一種較新的連接鋼軌方法，也有人稱之為無縫軌道或長焊軌。通過這種方法，能夠把長為上千米的鋼軌用焊接的方式接成一條連續的鋼軌。這樣一來，也就不存在接縫了，路軌的強度更大了，需要維修的次數也就越來越少了，更利於車輛的行駛。與用魚尾板焊接比起來，此焊接法的成本較高。
為了更好地解決無縫軌道由於冷縮熱漲引起的問題，鋼軌隻好被緊緊地固定在線路之上，它們的自由伸縮也就受到了約束。通常情況下，混凝土製成的軌枕，將鋼軌用堅固的扣件扣上，再在下方配上足夠的道碴。工作人員在更換或鋪設鋼軌時，鋼軌會先被拉長，使它們膨脹，最後就鎖定在軌枕上。這樣一來，如果以後溫度增高，路軌也不會膨脹太多。對於鎖定軌道來說，溫度是相當重要的。每段軌道通常都會以當地最高及最低溫度為參考，然後算出適宜的溫度。不過值得注意的是，溫度一旦超過最初的預算，（例如出現曆史性的炎夏或寒冬），無縫軌道就極有可能出現彎曲或斷裂的現象。
不僅如此，如果有需要的話，使用持續焊接的軌道，仍然可以在需要的地方用到接頭。但這些接頭接合角度大多數都是傾斜的。這樣一來，有利於減少車輪經過時產生的震動及噪音，不過鋼軌仍然會有膨脹的空間。此類接頭，被人們稱之為調節道岔。
（3）維修
進行維修工作，對於鐵路軌道來說是非常必要的，因為隻有這樣，才能維持良好的運作狀態。然而，路軌維修工作極為繁重，往往需要大量的人力來完成。近年來，由於科技的發展，維修時會用到大量機器。一般情況下，鐵路軌道主要保養維修工作有：打磨鋼軌，改善鋼軌的平麵及縱麵，更換部分或全部鋼軌，更換軌枕，搗固、清理、更換及補充道碴等。在路線繁忙時，列車間距通常都很短，在這種情況下，大多數的鐵路營運者以自動化的工程列車進行部分維護工作，有利於工作效率的提高。
鐵軌能夠一直為人類服務，完全得利於這些接合以及維修技術，如此看來，鐵軌的接合與維修，起著非常重要的作用。
4.鋼鐵曆史——世界鐵路發展史
曆史上中外聞名的“光榮革命”，想必是大家眾所周知的，實際上世界鐵路的發展史就起源於這一次事件。
1688年，英國資產階級發動了“光榮革命”，自此，便誕生了資本主義製度。生產力得到進一步發展，手工業分工日漸精密，各個生產過程越來越簡單，甚至於機器能夠取代部分手工勞動，使手工技術越來越趨於專門化，這為機器的發明和應用，提供了良好的條件。
紡織業——工業革命由此開始。後來，隨著紡織業的發展，大機器生產逐步取得了主導地位。這樣一來，蒸汽機便應運而生了。後來，利用蒸汽機的原理研製出能夠在公路上行駛的蒸汽車（也就是後來的汽車）。數十年後，運行在軌道上的蒸汽火車頭便誕生了。