高鐵為什么跑得那么快？

黃路恒

去年暑假，家在上海的小青受邀去北京參加夏令營，在出發(fā)前，他對自己的行程進(jìn)行了規(guī)劃。他發(fā)現(xiàn)從上海到北京，乘坐普通火車需要20多個小時，而乘坐最快的一列高鐵只需要4小時48分。如此懸殊的時間差距，讓小青對高鐵為什么那么快產(chǎn)生了好奇。之后他通過查閱資料和走訪對這個問題進(jìn)行了研究，現(xiàn)在，讓我們隨著小青的腳步一起去探尋“高鐵為什么跑得那么快”吧！

車廂有馬力，馬力當(dāng)然大

俗話說：“火車跑得快，全靠車頭帶。”但這句話在高鐵上并不適用。以前的火車，車頭就是一個發(fā)動機(jī)，牽引著后面的車廂往前跑，車廂本身并不具有動力，所以傳統(tǒng)的火車開動首先要火車頭的車輪轉(zhuǎn)起來。火車頭自己先開動起來，然后拖動火車，可是，火車頭的重量畢竟比不上整列火車，是不能一口氣直接帶動整列火車的。實際上火車開動時，火車頭要首先牽引第一節(jié)車廂，第一節(jié)車廂和火車頭一同動起來便增大了火車頭運(yùn)動的能量，才能牽動之后的車廂，最終使整列火車開動起來。也就是說，火車其實是一節(jié)一節(jié)動起來的，有個相當(dāng)長的過程，需要相當(dāng)長的時間，火車的變速也是一樣。所以普通火車要跑特別快，相當(dāng)不容易。再看看高鐵，車上有牽引電機(jī)的絕不只是火車頭，幾乎每個車廂都有電機(jī)，幾乎每個車輪都有動力旋轉(zhuǎn)。這樣一來，高鐵的行進(jìn)就像賽龍舟一樣，個個兒都奮力劃槳，所有車輪一致運(yùn)轉(zhuǎn)。團(tuán)結(jié)的力量是巨大的，這樣一來，列車相對就輕了，列車就跑得快了。

一根鋼軌鋪到底

法拉利汽車動力強(qiáng)勁，但要是讓它到山區(qū)那七高八低的顛簸路面上去跑，估計還沒拖拉機(jī)快呢。這是為什么呢？當(dāng)然是因為路不平了！所以有了好的車子，還要有好的路。

高鐵所用的鋼軌和普通鐵路的鋼軌不同。普通鐵路的鋼軌，幾十米就有個接口，火車行駛總是離不開“哐當(dāng)哐當(dāng)”的聲音，車輪滾過鋼軌連接處時，車輪震動、車廂震動、地面也震動，列車行駛一點兒也不平穩(wěn)，速度也就不能提高，否則震動加劇就會造成翻車的事故。我們再來看看高鐵，高鐵的鋼軌是一根鋪到底的，修路時按照季節(jié)，在鋼軌熱脹冷縮伸得最長的夏天，把一根根的鋼軌焊接起來，這樣鋼軌就不會伸得更長，到了冬天冷縮的時候，就憑著鋼材本身的抗拉強(qiáng)度（即金屬在靜拉伸條件下的最大承載能力），保持不變形。這樣就消除了鋼軌上數(shù)不盡的接口，能夠使車輪平穩(wěn)地滾動，列車行駛也告別了“哐當(dāng)哐當(dāng)”的震動，做到平穩(wěn)前進(jìn)，就像在風(fēng)平浪靜的海面上艦艇可以全速前進(jìn)一樣。此外，我國高鐵的軌道采用的是無砟（zhǎ）軌道（指采用混凝土、瀝青混合料等整體基礎(chǔ)取代散粒碎石道床的軌道結(jié)構(gòu)），其軌枕本身是混凝土澆灌而成，而路基也不用碎石，而是鐵軌、軌枕直接鋪在混凝土路上，這也進(jìn)一步提高了列車行駛的穩(wěn)定性。

軌道像航線一樣直

飛機(jī)為什么快？除了飛得快，線路筆直也起到很大的作用。京滬高鐵幾乎就是一條像飛機(jī)線路一樣的直線。

路線為什么會直呢？其實京滬高鐵除了車站和部分線路的條件限制沒辦法架橋外，其余的線路都是建在橋梁上，“以橋代路”的線路占去一大半。也就是說，隧道和彎道少了，列車大部分時間都行駛在架空的直的鐵路線上。

另外，高鐵的密閉空間、流線車型等也都給高鐵的提速增色不少。

將來的高鐵會越來越快嗎？

目前我國高鐵的試驗速度最高可達(dá)到605km/h，運(yùn)營速度在300km/h左右，那么，隨著技術(shù)的發(fā)展，將來高鐵的速度會越來越快嗎？其實并不然。我們都知道，速度越大，阻力越大。研究表明，當(dāng)速度超過300km/h時，運(yùn)行阻力的80%以上均為空氣阻力，當(dāng)速度達(dá)到350km/h～400km/h時，空氣阻力將占運(yùn)行阻力的絕大部分。根據(jù)科學(xué)家Davis描述的水平軌道上列車運(yùn)行的阻力與運(yùn)行速度的定量關(guān)系，列車運(yùn)行阻力隨著速度的增加而迅速增加，當(dāng)速度足夠高時，空氣阻力與速度的平方成一定的比例。所以列車在高速運(yùn)行過程中會有兩個階段性的突增：一是當(dāng)列車的速度在250km/h～300km/h時，阻力增加較快；二是當(dāng)列車的速度超過300km/h以上時，阻力增加極快。由此可見，列車高速運(yùn)行到250km/h以上時，列車能耗增加幅度較快，當(dāng)運(yùn)行到300km/h以上時，列車能耗就會急劇增加。這也意味著高鐵的速度越快，能耗就越多，那么票價也要相應(yīng)提高。而建設(shè)高鐵的目的是為了給人們的出行提供方便、優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，但當(dāng)票價超出了人們出行的經(jīng)濟(jì)預(yù)算時，就會本末倒置了。

追求高速也必然對列車的安全性提出更高的要求，而我國在設(shè)計高鐵時，首先考慮的因素就是安全，其次才是速度。因此，只有在保證乘客絕對安全的前提下，才能合理地提高列車運(yùn)行的速度。

總之，高鐵的運(yùn)營速度并不是越快越好，而是要綜合考慮安全、經(jīng)濟(jì)、舒適等特性，選擇合適的運(yùn)營速度。

本期“我在現(xiàn)場”答案：

如果死者是在床鋪上方的吊燈上自殺身亡，那么他腳下的凳子絕不可能放倒在他尸體的正下方，而應(yīng)該是死者吊死的一瞬間被蹬倒在一旁。

兇手將古德森殺害后，拿著他的鑰匙將屋門反鎖。他又將古德森的畫像從相框中取出，卷成一個空心紙筒。然后他在客廳搬來一把椅子放在臥室門前，將紙筒通過門上的換氣窗伸到化妝臺抽屜上方，把鑰匙扔進(jìn)紙筒，滑進(jìn)了抽屜。然后用紙筒將抽屜合住，制造了密室。

因為所有的作案工具都是從現(xiàn)場取得的，所以這不可能是一場事先有預(yù)謀的作案。而且臥室中并沒有打斗的痕跡，因此警長推斷是熟人作案。endprint