出租車(chē)比高鐵速度快?

曹詠祺

什么是“速度”？

還記得上一期的“坐地日行八萬(wàn)里”嗎？與你乘坐高鐵類(lèi)似，你在地球上跟著地球一起運(yùn)動(dòng)，速度遠(yuǎn)比高鐵更快，但你卻同樣感覺(jué)不到。所以，我們到底在什么時(shí)候才會(huì)覺(jué)得速度快呢？

其實(shí)，涉及物體的“速度”，我們得知曉?xún)蓚€(gè)常用的物理量，一個(gè)是通常的速度，比如多少米每秒、多少千米每小時(shí)；另一個(gè)則是加速度——用來(lái)描述速度在單位時(shí)間內(nèi)變化的程度。舉例來(lái)說(shuō)，一個(gè)鐵球從樓頂落下，它的速度會(huì)變得越來(lái)越快。而在整個(gè)下落過(guò)程中，它的加速度（可認(rèn)為完全來(lái)自重力）卻是恒定的，也就是說(shuō)，鐵球每秒的速度變化是恒定的。

平日里我們口中說(shuō)的“速度”快，有時(shí)指的是速度快，有時(shí)指的卻是加速度快。但人體對(duì)速度和加速度的感知是不同的：人體感知速度，往往是憑經(jīng)驗(yàn)，比如車(chē)窗外房屋、樹(shù)木或電線桿“倒退”的快慢，或者聽(tīng)車(chē)窗外的風(fēng)聲；而人體對(duì)加速度的感知，主要依靠的是身體內(nèi)部的“前庭系統(tǒng)”，它位于內(nèi)耳，負(fù)責(zé)感知頭部的位置和運(yùn)動(dòng)，也就是感知加速度。

到這里，我們就可以解釋為什么有出租車(chē)比高鐵加速猛的感覺(jué)。因?yàn)楦哞F在啟動(dòng)時(shí)，加速度小。它會(huì)通過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間平緩加速來(lái)提高速度，如此一來(lái)，即使達(dá)到時(shí)速350千米，我們也不會(huì)感到明顯的速度變化，覺(jué)得高鐵比較“穩(wěn)”。相比之下，出租車(chē)在城市道路的行駛過(guò)程中，由于時(shí)常需要加速或者減速，尤其當(dāng)司機(jī)猛踩油門(mén)時(shí)，出租車(chē)的加速度會(huì)相對(duì)較大，即在短時(shí)間內(nèi)，速度變化會(huì)很明顯。而我們的前庭系統(tǒng)會(huì)敏銳地感知到這種變化，便會(huì)感覺(jué)到明顯的加速感，從而導(dǎo)致我們覺(jué)得出租車(chē)很快！

生活中的“速度”

萬(wàn)事萬(wàn)物都在運(yùn)動(dòng)，所以在日常生活中，速度和加速度涉及方方面面，關(guān)于它們的應(yīng)用也無(wú)處不在。如何平衡速度和加速度的關(guān)系，也凸顯著人類(lèi)的經(jīng)驗(yàn)和智慧。

讓人感到舒適的“速度”

不管你去商場(chǎng)還是回小區(qū)，電梯都是最常見(jiàn)的垂直交通工具之一。通常，普通電梯的速度約為每秒2米，能夠滿(mǎn)足大多數(shù)建筑物的需求。但在廣州塔、東方明珠這樣的超高層建筑中，電梯若還是以每秒2米的速度運(yùn)行就顯得慢吞吞了。為此，電梯被設(shè)計(jì)成高速電梯，速度可達(dá)到每秒10米以上，確保乘客在短時(shí)間內(nèi)到達(dá)目的樓層。更為人性化的是，無(wú)論高速電梯的速度多快，它都能為乘客提供舒適的乘坐體驗(yàn)——加速度被設(shè)計(jì)得很小，速度變化通常被控制在每秒0.6到1.2米之間，確保在啟動(dòng)、運(yùn)行和停止時(shí)都不會(huì)有猛烈的速度變化。

遠(yuǎn)在距離地表約400千米的高空上，天宮空間站的速度超級(jí)快，約每秒7.68千米，是音速的20多倍。然而，天宮號(hào)的速度變化卻很小，近似勻速運(yùn)動(dòng)，只是根據(jù)需要做一些細(xì)微的軌道調(diào)整。因此，宇航員在其中也倍感舒適。

讓人感到刺激的“速度”

有些速度讓人感到舒適，有些則是讓人感到刺激！比如F1比賽中，賽車(chē)需要在極短的時(shí)間內(nèi)從靜止?fàn)顟B(tài)加速到每小時(shí)200千米以上。這一過(guò)程通常在5秒內(nèi)完成，每秒的速度變化可達(dá)到10米以上。這個(gè)速度變化根本不是油門(mén)踩到底的出租車(chē)能比的！就算是鐵球從高樓自由落下，它的速度變化也沒(méi)有F1賽車(chē)快?？上攵?，要是坐上一輛F1賽車(chē)該有多刺激！

還有更刺激的，你或許知道，戰(zhàn)斗機(jī)都設(shè)有彈射座椅。當(dāng)觸發(fā)時(shí)，彈射座椅能夠在一瞬間將飛行員從座艙中彈出，在極短的時(shí)間內(nèi)將其帶離危險(xiǎn)區(qū)域。彈射座椅的加速度通常在10到20倍重力加速度之間，換句話(huà)說(shuō)，比自由落下的鐵球的速度變化還要快上十幾倍！可想而知，飛行員的身體要承受多大的負(fù)擔(dān)，都不能只用刺激來(lái)形容了！

負(fù)的“加速度”？

當(dāng)然，加速度其實(shí)是有方向的。比如，當(dāng)出租車(chē)急剎車(chē)的時(shí)候，加速度與前進(jìn)方向相反，我們就將加速度表示為負(fù)數(shù)。負(fù)加速度在交通工具的制動(dòng)中起著至關(guān)重要的作用——需要用剎車(chē)盤(pán)剎住車(chē)輪，盡快地剎停確保安全，又不能剎得太猛，讓人感覺(jué)像撞墻。

還有一個(gè)充分展現(xiàn)“負(fù)加速度”的例子，就是航空母艦上的阻攔系統(tǒng)：當(dāng)艦載飛機(jī)在甲板上降落時(shí)，需要在并不長(zhǎng)的跑道上迅速減速到停止。這需要“很大”的負(fù)加速度才行。于是，阻攔系統(tǒng)會(huì)鉤住降落的艦載飛機(jī)，產(chǎn)生強(qiáng)大的負(fù)加速度，使其在很短的時(shí)間內(nèi)安全停止。

一些關(guān)于“速度”的有趣知識(shí)你可能還不知曉，聽(tīng)好了，別驚掉下巴！我問(wèn)你，速度最快的是什么？是光。這你知道，我再問(wèn)你，加速度最慢的是什么？答案其實(shí)也是光！雖然在大多數(shù)時(shí)候，我們會(huì)認(rèn)為，勻速運(yùn)動(dòng)的物體沒(méi)有速度變化。但實(shí)際上，那是假定物體處于理想條件中。而速度真正恒定不變的，只有光——光速不變是物理學(xué)的基礎(chǔ)法則之一，也就是說(shuō)，光的加速度為0。