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2024-11-12 232
你以为是轮缘卡住了轨道，火车才不会脱轨？错
来源：互联网
2024-11-12 23:29:57 版权归原作者所有，如有侵权，请联系我们
我们经常会凭借自己的想当然去理解周围的事物，并坚信自己的理解是正确的，所以很多精妙绝伦的设计都被我们所忽视了，比如火车就是一个典型的例子。
早在19世纪初，火车就随着蒸汽机的诞生而诞生了，火车的诞生使人类的运输方式发生了根本的改变，对促进人类文明的加速发展具有着重要的意义。看似粗大的火车实际上却是一种设计极其精妙的机器，只不过很多人并没有注意到而已，比如你想没想过，火车为什么不会脱轨呢？人类充满了好奇心，喜欢去了解周围事物的内在原理，但很少有人会思考火车为什么不会脱轨，因为大多数的人只凭自己所看到的就推断出了这个问题的答案，火车的轮子从正后方看起来是一对躺倒的“T”字型，所以人们理所当然的认为是T的帽子卡住了轨道，所以火车才不会脱轨，其实并非如此。
火车的车轮呈现躺倒的“T”字型，而这个T的帽子有一个专门的名词，叫做轮缘。
任何人看到这样的轮子都会理所当然的认为是轮缘卡住了轨道，但只要我们亲手做一个实验就会发现单靠轮缘是卡不住轨道的，特别是在转弯的时候，脱轨几乎是一种必然。那么到底是什么力量让高速行驶的火车能够始终在轨道上运行，而不会飞出去呢？奥秘其实还在火车的车轮上。
乍一看，火车的车轮好像和汽车的车轮一样，是一个躺倒的圆柱体，实际上不是。火车的车轮并不是一个圆柱体，而是一个圆锥体，靠近轨道内侧的部分宽，而靠近轨道外侧的部分窄，所以左侧的车轮会在重力的作用下向右滑，而右侧的车轮则会向左滑，于是火车就在重力的作用下被牢牢束缚在了轨道上。
如果注意观察行驶中的火车就会发现，火车两侧的轨道始终位于两个车轮的中间位置，而很多人以为用来卡住轨道的轮缘，实际上几乎不与轨道发生接触，我们可以把轮缘的存在看作是一种保险，在特殊的情况下为避免火车出轨贡献一份力量。
说完了火车为什么不会脱轨，再来说说火车为什么能够转弯。这个问题听起来好像有些无聊，火车能够转弯当然是因为轨道转弯啦。其实问题没有这么简单，即使轨道转弯了，也并不代表火车就能够顺利转弯。其实不仅火车，任何车辆在转弯的时候都面临着一个相同的问题，那就是两侧的车轮转速是一样的，但行进的路程却不一样。比如我们向右转的时候，两侧的车轮会画出两个弧线，但两个弧线的长度并不一样，右侧车轮经过的路程短，而左侧的车轮经过的路程长。
如果车辆两侧的车轮转速是一样的，但是需要在相同时间经过的路程不一样，这是绝对无法做到的，所以不解决这个问题，车辆是无法顺利转弯的。
不过这个问题对于汽车而言是相对容易解决的，只要在两个转向轮中间安装差速器，让转弯时外侧车轮转速稍快就可以解决这个问题。但火车是没有办法安装差速器的，因为火车的两侧车轮是由同一根车轴所连接的，那么火车怎么转弯呢？奥秘还是在火车的车轮上，我们已经知道了火车的车轮并不是圆柱形，而是圆锥形，而这种圆锥形的设计不仅能够保证火车不会脱轨，还为火车转弯提供了便利。还是让我们举一个实际的例子来进行说明。
当一辆火车开始向右转的时候，火车的轨道便不再位于两侧车轮的中间位置，右侧的轨道会贴近车轮的内侧，而左侧的轨道则会贴近车轮的外侧。
由于火车的车轮是圆锥形的，外侧的周长小，而内侧的周长大，所以虽然两侧车轮的转速是一样的，但是由于左侧的轨道是与周长更大的车轮内侧相接触，而右侧的轨道是与周长较小的车轮外侧相接触，所以在相同的转速下，左侧车轮所经过的路程就要比右侧车轮更长，恰好满足了火车转弯时左侧轨道路径比右侧轨道路径更长的问题，使得火车可以实现顺利转弯。就是这样一个圆锥形的车轮，既能够保证火车不会脱轨，又能够保证火车可以顺利转弯，不可谓不是一个精妙绝伦的设计。
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