В процессе развития человек активно осваивал земную поверхность и создавал различные виды транспорта для перемещения по ней. В первую очередь человек осваивал равнинные районы и прибрежные районы из‑за удобства транспортировки грузов. С течением времени освоению стали подвергаться горные районы. Однако при этом возникли естественные транспортные проблемы. Одним из ограничений обычных дорог, и железных дорог в особенности, является крутой подъем. Для преодоления этого ограничения создают серпантины, зубчатые железные дороги и фуникулеры. Серпантины существенно удлиняют путь и не везде возможная их прокладка. Фуникулеры имеют ограниченную грузоподъемность. Их функционирование существенно зависит от силы и направления воздушных потоков. Зубчатые железные дороги (ЗЖД) стали радикальным решением в преодолении крутых подъемов.
Основной принцип ЗЖД — использование зубчатых колес, которые повышают сцепление с рельсом. По этой причине поезда зубчатой железной дороги снабжены специальными зубчатыми колесами. Зубчатые железные дороги распространены достаточно широко и являются не только средством доставки туристов, но и технической достопримечательностью. Зубчатые железные дороги созданы в Австрии, Бразилии, Германии, Греции, России, Швейцарии и других странах. Локомотив зубчатой железной дороги соединяется своим зубчатым колесом с шестерней третьего рельса и только поэтому не скатывается назад.
Технологически ЗЖД представляет собой крутую железную дорогу с зубчатой рейкой, обычно стоящей между направляющими. Поезда оснащены одним или несколькими зубчатыми колесами или шестернями, которые соединяются с этой стойкой. Такая конструкция позволяет поездам работать на крутых склонах выше 7–10%, что является пределом для колес с трением. Большинство рельсовых зубчатых железных дорог являются горными железными дорогами, хотя некоторые из них — транзитные железные дороги или трамваи, — построены также для преодоления крутого градиента в городской среде.
Первой зубчатой железной дорогой была Миддлтонская железная дорога между Миддлтоном и Лидсом в Западном Йоркшире, Англия. Первый коммерчески успешный паровой поезд, Саламанка, прошел испытания в 1812 году. Он использовал систему зубчатых реек, разработанную и запатентованную в 1811 году Джоном Бленкинсоном [1].