[中配]揭秘火車輪子為何近看如此奇特

你有沒有見過火車飛馳而過,想知道那龐大的鐵塊是如何穩穩固定在軌道上的? 看起來毫不費力對吧? 但背後有一個祕密在發揮作用,原來真正的魔法就藏在輪子內部。 現在,火車自1804年就問世,那時它們是工業革命中新興的熱門事物。 在火車出現之前,人們使用馬拉的火車,既慢又顛簸。 難怪,蒸汽動力的機車能夠更好地拖動數噸的人和貨物。 在某個時刻,科技變得更加高級,火車和它們的輪子也隨之升級。 我的意思是,你有沒有注意到火車輪子並不是平的? 它們有些錐形並不僅僅是爲了好看。 這是讓火車不至於從軌道上翻滾的祕密調料。 沒有那個小彎曲,火車在轉彎時馬上就會從軌道上滑出去。 你看,錐形結構幫助火車實現兩個重要的功能,保持平衡和應對曲線。 如果輪子只是圓的,直軌道上會一切正常。 但是,這種圓形輪子無法自我修正, 因此它們無法自然而然地將火車保持在軌道的中央。 錐形輪子有什麼不同? 每個輪子的兩側大小略有不同。 火車轉彎時,輪子會自動調整接觸點。 較大的一側更好地抓住軌道,幫助火車傾斜進入彎道, 而較小的一側則轉動得更快,以保持一切平穩。 所以在1800年代,火車並沒有這種神奇的設計。 它們的輪子不過是用鑄鐵製成的無聊圓柱體。 聽起來很難,但這種輪子實際上經常斷, 因爲火車很重。 一旦工程師厭倦了撿起破損的輪子零件, 他們在1830年代升級爲斷鐵, 隨後在19世紀末改用了鋼材。 如今鋼材徹底改變了遊戲, 它更強,更順滑,非常適合高速列車。 但輪子的形狀仍然是一個問題。 早期的火車使用平坦的輪子, 當它們轉彎時,就像輪子壞了的購物車一樣搖晃。 我敢打賭你知道我在說什麼。 對一臺龐大的金屬機器來說並不理想。 然後出現了鈦圓輪,早在1789年就被髮明瞭。 輪子的邊緣多了一圈額外的圓, 使其更好地抓住軌道。 這就像保齡球的撞擊擋板, 但對於火車來說,那個邊緣防止火車搖晃到箱間去。 幾年後,另一位發明家決定進一步改進。 在1814年,他爲他的布里希爾機車添加了鈦圓輪, 而錐形結構平衡與穩定的完美結合, 成爲下一項發展。 直到今天,火車仍然使用那些錐形輪子, 它們幫助龐大的金屬機器順暢地轉彎, 平穩地在軌道上行駛。 所以我們明白了,火車輪子很酷, 但是如何在200多英里每小時的高速下 制止一頭龐大的金屬野獸呢? 那麼錐形軌道制動器就是在這種情況下派上用場的, 它們完全不依賴輪子。 相反,它們使用磁鐵像巨大的金屬爪子一樣 直接抓住軌道。 當火車需要緊急停車時, 這些磁鐵會通電啓動, 緊緊吸附在軌道上,產生巨大的摩擦力, 使火車迅速減速。 由於它們總是全力運作, 磁製動器主要用於安全或緊急停車。 你可以在時速達到170英里高的列車上看到它們, 而一些華麗的配置甚至能達到220英里每小時。 與此同時,它們並不是高鐵的主要服務制動器, 通常情況下那些是渦流制動器, 那是磁場保持靜止, 而一個不帶磁性的金屬盤在其中移動, 逐漸減速。 但是我們回到磁力剎車的話題, 它們是如何工作的? 那麼,剎車系統內部是一個巨大的電磁鐵, 想象一下一個裹滿一噸銅線的大鐵三明治, 當電流通過那個線圈時,磁鐵開啓, 並吸引自己貼合在軌道上, 粘得越緊,產生的摩擦就越多, 而摩擦將火車的速度轉化爲熱量, 啪,能量消失! 當然,工程師必須確保這個系統 在斷電時不會停止工作,那可就糟糕了。 因此,如果主電源切斷火車的電池 就會接管,確保磁鐵繼續工作。 另一個很酷的事是,當這些制動器 抓住軌道時,它們也會清潔軌道。 沒錯,它們確實清潔軌道, 這樣可以幫助普通剎車更好的抓牢。 現在我們再來聊聊曲線, 因爲火車軌道在相間並不總是直線,顯而易見。 因此,當軌道彎曲時, 外側軌道會比內側軌道稍微抬高一點, 就像賽車道一樣。 這個小傾斜叫做超高,或者稱爲傾斜。 它幫助火車傾向於彎道, 而不是像你騎自行車時在轉彎過快那樣 試圖飛出去。 這個傾斜有什麼用? 它將火車的重量均勻分佈在兩條鐵軌上, 這也減少了磨損, 因爲更換軌道很昂貴,沒人想要那樣。 傾斜能平衡轉彎時, 側向的推力讓你的乘坐更加平穩舒適。 問題是,當火車轉彎時, 物理學發揮作用, 速度越快或者曲線越緊, 向外的推力就越強。 但如果抬高一側的軌道, 重力就會開始向相反方向施加壓力, 平衡恢復。 傾斜太小,火車在鐵軌上會發出吱吱的聲音, 過多的話,慢速列車就像是在爬坡。 工程師們必須找到最佳平衡, 給快速列車足夠的傾斜, 而又不讓慢速列車感到難受。 如果一列慢車走上爲高速列車設計的彎道, 它會向內側軌道傾斜。 另一方面,快速列車則會向外側施壓。 無論如何, 側向壓力會徐徐磨損輪子和軌道, 在極端情況下甚至可能導致脫軌。 這就是爲什麼貨運列車和高速客運列車 通常不會共用相同的彎曲軌道。 爲了承受所有的壓力, 軌道和曲線的軌距更緊湊, 使用了更密集的枕木, 也稱爲鐵路倒枕, 下面還加了額外的倒層, 基本上它們有點您知道的變得更強壯了。 還有一件事, 你知道人們常常想象的那種 火車特有的咔噠咔噠聲嗎? 好吧,很遺憾地告訴你, 但那大部分已經消失了, 如今的火車幾乎無聲化行, 沒有節奏也沒有撞擊聲, 只有平滑的呼嘯聲。 那麼發生了什麼?火車變得安靜了嗎? 嗯,差不多吧,是軌道造成的。 在過去軌道是由短段構成的, 每段大約39英尺, 你無法輕鬆拖動超長的金屬片, 而它們之間的間隙 則幫助金屬在高溫天氣中膨脹, 當車輪滾過那些接縫時, 就會發出咔噠咔噠的聲音, 而每一次的咔噠聲 其實都是對軌道的一次小衝擊, 而那些數以百萬計的點擊累積起來, 軌道磨損得更快, 火車搖晃不已, 維修人員則陷入噩夢。 因此,現代工程時代由此開啓。 現在大部分新修的鐵路 使用的是連續焊接軌, 而不是用螺栓連接在一起的短軌, 那是長長的平滑的鋼帶 手尾焊接在一起。 想象一下,把所有那些小鐵軌 融化成一條延伸幾英里的巨大金屬舌, 那些焊接軌道讓乘坐更加平穩, 更快,也更安靜。 它們的壽命也更長, 因爲輪子不會不斷地敲擊。 但是等一下,你可能會想, 金屬在熱量下不是會膨脹嗎? 嗯,這句話沒錯,但這就是魔力所在。 工程師在一個特殊的中性溫度下安裝軌道, 通常是在溫暖的天氣, 這樣當溫度升高或降低時, 鋼鐵幾乎不會移動。 軌道用沉重的緊固件緊緊固定, 並被大量的碎石包圍, 即使金屬想要伸展也動不了, 它只是內部稍微產生了一些張力。 雖然那個舊的聲音可能消失了, 但我們得到的回報卻要好得多。 更快的火車,更安全的乘坐, 以及不會自己脫落的軌道。 下次當你坐在火車上, 在轉彎時輕盈滑過或平穩停車時, 記得這一切都得益於磁力、物理學, 和一些聰明的設計方案。 它們確保重達數噸的金屬 以不可思議的速度安全移動。 今天就到這裏吧! 所以,如果你滿足了好奇心, 就給視頻點個贊並分享給你的朋友吧! 或者,如果你想要更多, 點擊這些視頻保持在 Brightside 上。