探索與揭秘 [中配]為何噴氣火車本該改變世界

1974年,一列法國火車突破了超過250英里每小時的速度記錄 但這列火車與以往任何一列都不同 它沒有輪子,它懸浮在一層空氣墊上 因此它可以以非常高的速度高效行駛 也許你從未聽說過懸浮列車 但到1970年代,它們以一種解決緩慢和過失鐵路的重要方案被認真考慮 而許多國家的鐵路正面臨衰退 在1960年代,鐵路面臨困境 在發達國家,乘客數量急劇下降,鐵路也在衰退 在英國,一些線路仍然由蒸汽機車運營 公衆開始將鐵路視爲緩慢和過時的交通方式 火車現在不得不與新建的高速公路和城際航空旅行競爭 即便是日本1964年新引進的子彈頭列車 這一技術奇蹟,最初的時速也僅達到130英里 問題的一部分是,發達國家的大多數鐵路線路 在半個世紀前就已經建成 由於它們的尖銳扭曲和曲線,這些設計根本不適合高速行駛 但這些列車也有一個問題,跟它們輪子的形狀有關 列車輪子並不是完全圓柱形,而是錐形的 這正是它們能夠保持在軌道上的原因 尤其是在轉彎時 雖然輪子也有輪圓,但這些實際上只是一個備份 以防錐形的限制被超過 火車輪子的錐形設計是一個絕妙的創新 但也存在問題,這被稱爲跳動震盪 在更高的速度下,錐形的輪廓會導致列車越來越劇烈地左右搖擺 黨員開始接觸軌道,這會增加阻力 使得高速行駛變得低效,並造成磨損和損壞 如果速度足夠快,擺動震盪甚至可能導致列車在完全直的軌道上脫軌 這意味着火車的基本設計中就本質上蘊含着速度限制 所以在1960年代,人們認爲也許是時候完全擺脫輪子了 法國人已經建造了氣動列車 旨在通過取消輪子來減少有輪列車的運行摩擦問題 它被稱爲懸浮列車 通過將高壓空氣輸送到升降墊 火車將像氣墊船一樣在一層空氣墊上浮動 軌道只是起到引導的作用 沒有輪子的滾動阻力,懸浮列車承諾了更高的效率和更快的速度 引領這項有前景技術的是一位名叫讓·貝爾託內的法國工程師 到1973年,貝特朗和他的團隊已經建造了一列可以載80名乘客的懸浮列車 法國官員和媒體驚歎於他的速度與平穩乘坐體驗的結合 貝特朗稱他的設計爲氣動列車 多年來,他tirelessly努力開發了多個原型,證明了這一概念的可行性 每次成功,他都獲得了一筆可觀的政府資金 最先進的氣動列車由渦扇發動機驅動,幾乎直接來自客機 它產生了超過1000樣千磅的推力 在前方,一臺400馬力的燃氣輪機向這輛載重20噸的列車提供高壓空氣 使其懸浮在導軌上方約四分之一英寸的高度 而軌道本質上是膠着的混凝土 無輪噴氣火車可以輕鬆懸浮在不平的路面上 這意味着懸浮列車線路的建設可能比傳統鐵路更容易,維護成本也更低 1974年3月5日,一列氣動列車證明它能以接近260英里每小時的速度行駛 如果測試軌道更長,它可能跑得更快 貝特朗原型的成功促成了在法國建立噴氣列車線路的計劃 而在創紀錄的速度測試後,僅僅幾個月,一份合同被簽署 開始建設第一條線路 在法國之外,世界也開始關注 發明氣墊船的英國人能夠看到懸浮列車技術的巨大潛力 他們在1970年建造了自己的懸浮列車測試軌道 而在某些方面,英國對懸浮列車的研究甚至更加先進 他們的原型RTV31軌道氣墊船是圍繞另一個重要創新 線性感應電動機設計的 儘管貝特朗也嘗試過線性感應電動機 但它的大多數噴氣火車都是由風扇或噴氣驅動的 但是線性感應電動機更高效 它提供的是一種線性力以實現前進 而不是傳統電機的旋轉運動 而且沒有渦扇在地面運轉時產生的噪音或污染 英國人只在建立一個能夠以每小時250英里行駛的交通系統 美國人也不甘落後 他們也在研究懸浮列車技術 1965年高速地面交通法案通過 這是一項將更快速鐵路引入美國的努力 資金用於開發新技術 甚至還包括授權伯特朗的氣動列車設計 各種懸浮列車原型被開發出來 有些由線性感應電動機驅動 另一些則由噴氣機驅動 但最成熟的原型是城市軌道氣墊車 它造型流線 機頭沒有窗戶 充滿淫逸殺手的風格 確實看起來非常快 但它是爲了在交通繁忙的城市區域運行而設計的 最高時速約爲150英里 油軌氣墊車是一種全面開發的原型 定期在科羅拉多州普韋部落的軌道上進行測試 在70年代初 懸浮列車看起來準備好要徹底改變鐵路 但僅僅幾年後 沒有任何國家在追求這種技術 連接法國各地的氣墊列車雄心勃勃的計劃從未實現 今天剩下的只有那些廢棄的測試軌道 1970年代的全球經濟衰退迫使各國政府削減對雄心勃勃的交通項目的資金支持 一些關鍵的技術挑戰也未能真正得到解決 在高速行駛時 懸浮列車比傳統列車更高效 但在低速下 他們毫無勝算 但這並不是他們失敗的真正原因 在1970年代 第一款磁懸浮列車已經在研發中 他們將使用電磁鐵在導軌上懸浮 而不是利用高壓空氣懸浮 因此磁懸浮列車承諾 相比懸浮列車提供更高的效率和速度 但磁懸浮列車也未能徹底改變鐵路 經過近40年 世界上僅有少數幾個在運營 如今的高速列車依然主要是傳統的輪軌列車 事實證明 鐵路的問題並不是通過一次革命性的飛躍來解決的 而是通過逐步的改進 現有的鐵路網得到了現代化改造 部分軌道能夠承受更高的速度 新的信號技術和更先進的懸掛系統相繼被開發出來 精密加工的車輪和偏航阻尼器 使得訓練輪的追腳減小 從而減少了擺動震盪問題 與其投資氣動火車 法國更傾向於投資於其高速列車TGV服務 而如今TGV的常規行駛速度已達每小時200英里 英國人提出了自己獨特的解決方案 比如一種能夠傾斜轉彎 並更快通過急轉彎的列車 至少在目前 美國人還是大多依賴汽車 懸浮列車、磁懸浮列車 或任何其他革命性鐵路替代方案 都必須與現有近百萬英里的鐵路線路競爭 同時幾乎每個城市都已經建設了車站和基礎設施 事實證明 將新想法適應現有世界 比讓世界適應新的革命性想法要容易得多 這就是爲什麼漸進式改進最終往往勝出 不過有一個新的解決方案正在研發中 一種在新型軌道上運行的火車 它實際上是一個減壓管 因此摩擦力和空氣阻力更小 由線性電機和空氣壓縮機驅動 它承諾將以超過700英里每小時的速度行駛 它的管狀軌道可以懸空或埋在地下 在這個視頻中我使用了一些概念性術語 比如摩擦、滾動阻力和磁力 這些是基礎概念 對於理解機器的運作至關重要 無論是懸浮列車還是超音速噴氣機 被迫記住一個概念和公式是一回事 而真正形成直觀理解又是另一回事 一個在現實世界中真正對你有幫助的 這就是我喜歡Brilliant、ORG的原因 這不僅是學習數學和科學的高效方式 也是非常有趣的 Brilliant通過讓你動手解決問題和實踐學習來吸引你 而不僅僅是聽課和記筆記 它們增強你的推理、創造力和解決問題的能力 這些在日常生活中至關重要 理解物理學的關鍵基礎知識的好地方是日常物理 而且前200名用戶可以享受年付會員訂閱的八折優惠 享受有趣且引人入勝的體驗