论文部分内容阅读
放眼如今的铁路运输,咱们中国的高速铁路那可是风光无限呀,全世界顶尖的技术,一次又一次刷新列车行驶速度纪录的荣耀,足够咱们美美地自豪一把啦!高铁有多快?目前的世界纪录是486.1千米/时。速度的传奇还在延续,听说,中国、美国等国家正在研制时速能超过1000千米的超高速列车。什么样的列车能有这样的潜力?嘿,除了磁悬浮,还能有谁?
北极VS南极
找两块磁铁,这事儿有困难没有?没困难最好,有困难排除困难也要找,人类幸福、世界和平、列车速度全靠这两块磁铁了!
有这么夸张吗?那可不!怎么,你已经找到两块磁铁了?那好,请将这两块磁铁同极相对(也就是南极对南极,或者北极对北极),嗯,你当然感受到了一股强大的力量阻碍着两块磁铁贴在一起,而如果异性磁极相对,两块磁铁就会相互吸引。
这一点都不神秘,对吧?谁都知道磁铁有北极(N极)和南极(S极)两级,而且有着同性相斥异性相吸的特点。磁悬浮技术的基础原理就是这么简单,如果将一列车厢看做一块磁铁,而将列车轨道看做另一块磁铁,在磁力的作用下,车厢就会“漂浮”在半空中。不过,为什么科学家费尽心思,要让列车悬浮在轨道上空呢?
悬浮好处多
有哪些因素在影响车辆的行驶速度呢?首先,当然是车辆的动力大小喽,力量大,自然跑得快嘛!不过,力量再大,跑得再快,也不可能一直跑下去,这是因为车轮与地面或者轨道的接触会产生摩擦力,摩擦力消耗了一部分能量,所以如果没有持续的动力推动车辆,速度就会逐渐变慢,最终停下。而摩擦力不光存在于车轮与地面、轨道之间,车辆自身与空气也存在摩擦力。这些摩擦力无不阻碍着车辆的提速,如果能消除摩擦力,或者至少消除一部分,那车辆的速度肯定就能大大提高喽!
磁悬浮技术正好能解决这个难题,当列车在磁体作用下被托起,哪怕只离开车轨一厘米,也摆脱了与车轨的接触,双方之间的摩擦力便消除了。不过,用磁铁做这件事恐怕不那么容易,那需要足够长,并且易于加工的磁铁,磁性还得足够大(毕竟,要托起一列列车,需要很强的力道哦),太麻烦了。有没有别的方法既能产生强力磁性,又易于制造施工呢?
神奇的电磁技术
1820年,丹麦的物理学家奥斯特发现了这样一个现象:在通电导线的周围存在着磁场,这就是电流的磁效应。从此以后,人们知道了电能够生磁,这为电磁悬浮技术打下了基础。
利用电能,将列车轨道变成一个通电的磁体,产生足够强劲的磁力,同性相斥“托起”列车,或者异性相吸“提起”列车。这事儿啊,很难说清,咱们还得来看图(示意图一):
9
这两种磁悬浮方式,T字型轨道利用的是异性相吸原理,箭头表示磁力的方向,车体被T字轨道吸引而“提起”来,悬浮成功;U字型轨道中,车体与轨道同性相斥,同样悬浮成功。很显然,两种方式中,车体部不与轨道直接接触,这部分摩擦力就被消除了,只剩下车体与空气的摩擦力还在起作用,那力量就小得多了。只要通过精确的控制,始终保持车体与轨道的距离不变,列车就能如同“飘浮”在空气中一样高速、稳定地运动。
从龙阳到浦东
磁悬浮至今依旧是一种科技含量很高的超前沿技术,目前,全世界虽然有多个国家都在研制磁悬浮列车,但真正投入运营的磁悬浮线路只有一条,这条线路就在咱们中国的上海。从上海的龙阳路站到浦东机场,这条磁悬浮列车线路已经运营了8年,时速超过400千米(实际运行限制在350千米/小时左右),全长30多千米的路程,只需要六七分钟就能跑完!
上海磁悬浮列车采用的是同性相斥的设计方案,不过并没有使用U型轨道,而是一种另类的T字型轨道——T字变成了“工”字,车体与“工”字型轨道的上下两面都发生同性相斥作用,车体就悬浮在中间,就像这样(示意图二):
9
由于没有车轮在轨道上滚动摩擦,因此磁悬浮列车不仅速度快,而且行驶平稳无比,还非常安静,乘坐过上海磁悬浮列车的同学一定对这一点记忆犹新。而且,由于磁悬浮使用清洁的电能,所以不会排放有害的废气,对环境没有伤害,简直是替代铁路和火车的最佳人选!不过,磁悬浮列车目前还不普及,这是为什么呢?
磁悬浮列车有缺陷
2006年,德国一列试验中的磁悬浮列车发生事故,与一辆维修车相撞,造成了25人死亡的悲剧。原来,由于没有车轮,也不与轨道接触,当高速运行的列车发生意外时,就没办法像传统列车一样采用刹车制动来降低速度,也就是说,在非常状态下,磁悬浮列车的可控性稍微有点成问题。而且,目前已知的任何地面交通工具,在空气中运行都不宜超过400千米/小时的速度,否则噪音也会增加。
另外,磁悬浮列车的建造和运营成本还不够低廉,上海磁悬浮轨道不过30千米长,就已经挺贵了。几年前,德国准备修建一条从柏林到汉堡的磁悬浮列车工程,在调研和计算后发现,实在太贵了,因此放弃了计划。看来,磁悬浮要想真正替代火车,还有很长的路要走。特别是高速铁路的出现,也让磁悬浮列车的速度优势不再那么明显。未来的磁悬浮列车,会怎样发展呢?
地底下的“太空飞梭”
当然是继续提速!科学家正在研制一种时速超过1000千米的磁悬浮列车,这么快的速度,是如何实现的呢?嘿嘿,请大家遥想太空吧,在太空中,由于处于真空环境,因此没有任何摩擦,这样理想的环境,不是更能帮助磁悬浮列车提速吗?但是,总不能把磁悬浮轨道架设到太空里去吧?
上天不成,那就入地!科学家打算在地底下修建完全封闭的管道式磁悬浮列车运行轨道,在封闭的管道中人工制造真空环境,让磁悬浮列车在真空管道中实现“太空飞梭”式的“飞速”运行!理论上,在摩擦力几乎可以忽略不计的情况下,这种未来版磁悬浮列车的最高速度能超过4000千米/小时,甚至20000千米/小时!
太恐怖了,这还是车吗?这简直是火箭啊!有了这样的列车,未来的人们在地面旅行,再长的旅程恐怕都要用“分钟”来计时了,是不是非常刺激呢?
嘿嘿,一起期盼吧!
北极VS南极
找两块磁铁,这事儿有困难没有?没困难最好,有困难排除困难也要找,人类幸福、世界和平、列车速度全靠这两块磁铁了!
有这么夸张吗?那可不!怎么,你已经找到两块磁铁了?那好,请将这两块磁铁同极相对(也就是南极对南极,或者北极对北极),嗯,你当然感受到了一股强大的力量阻碍着两块磁铁贴在一起,而如果异性磁极相对,两块磁铁就会相互吸引。
这一点都不神秘,对吧?谁都知道磁铁有北极(N极)和南极(S极)两级,而且有着同性相斥异性相吸的特点。磁悬浮技术的基础原理就是这么简单,如果将一列车厢看做一块磁铁,而将列车轨道看做另一块磁铁,在磁力的作用下,车厢就会“漂浮”在半空中。不过,为什么科学家费尽心思,要让列车悬浮在轨道上空呢?
悬浮好处多
有哪些因素在影响车辆的行驶速度呢?首先,当然是车辆的动力大小喽,力量大,自然跑得快嘛!不过,力量再大,跑得再快,也不可能一直跑下去,这是因为车轮与地面或者轨道的接触会产生摩擦力,摩擦力消耗了一部分能量,所以如果没有持续的动力推动车辆,速度就会逐渐变慢,最终停下。而摩擦力不光存在于车轮与地面、轨道之间,车辆自身与空气也存在摩擦力。这些摩擦力无不阻碍着车辆的提速,如果能消除摩擦力,或者至少消除一部分,那车辆的速度肯定就能大大提高喽!
磁悬浮技术正好能解决这个难题,当列车在磁体作用下被托起,哪怕只离开车轨一厘米,也摆脱了与车轨的接触,双方之间的摩擦力便消除了。不过,用磁铁做这件事恐怕不那么容易,那需要足够长,并且易于加工的磁铁,磁性还得足够大(毕竟,要托起一列列车,需要很强的力道哦),太麻烦了。有没有别的方法既能产生强力磁性,又易于制造施工呢?
神奇的电磁技术
1820年,丹麦的物理学家奥斯特发现了这样一个现象:在通电导线的周围存在着磁场,这就是电流的磁效应。从此以后,人们知道了电能够生磁,这为电磁悬浮技术打下了基础。
利用电能,将列车轨道变成一个通电的磁体,产生足够强劲的磁力,同性相斥“托起”列车,或者异性相吸“提起”列车。这事儿啊,很难说清,咱们还得来看图(示意图一):
9
这两种磁悬浮方式,T字型轨道利用的是异性相吸原理,箭头表示磁力的方向,车体被T字轨道吸引而“提起”来,悬浮成功;U字型轨道中,车体与轨道同性相斥,同样悬浮成功。很显然,两种方式中,车体部不与轨道直接接触,这部分摩擦力就被消除了,只剩下车体与空气的摩擦力还在起作用,那力量就小得多了。只要通过精确的控制,始终保持车体与轨道的距离不变,列车就能如同“飘浮”在空气中一样高速、稳定地运动。
从龙阳到浦东
磁悬浮至今依旧是一种科技含量很高的超前沿技术,目前,全世界虽然有多个国家都在研制磁悬浮列车,但真正投入运营的磁悬浮线路只有一条,这条线路就在咱们中国的上海。从上海的龙阳路站到浦东机场,这条磁悬浮列车线路已经运营了8年,时速超过400千米(实际运行限制在350千米/小时左右),全长30多千米的路程,只需要六七分钟就能跑完!
上海磁悬浮列车采用的是同性相斥的设计方案,不过并没有使用U型轨道,而是一种另类的T字型轨道——T字变成了“工”字,车体与“工”字型轨道的上下两面都发生同性相斥作用,车体就悬浮在中间,就像这样(示意图二):
9
由于没有车轮在轨道上滚动摩擦,因此磁悬浮列车不仅速度快,而且行驶平稳无比,还非常安静,乘坐过上海磁悬浮列车的同学一定对这一点记忆犹新。而且,由于磁悬浮使用清洁的电能,所以不会排放有害的废气,对环境没有伤害,简直是替代铁路和火车的最佳人选!不过,磁悬浮列车目前还不普及,这是为什么呢?
磁悬浮列车有缺陷
2006年,德国一列试验中的磁悬浮列车发生事故,与一辆维修车相撞,造成了25人死亡的悲剧。原来,由于没有车轮,也不与轨道接触,当高速运行的列车发生意外时,就没办法像传统列车一样采用刹车制动来降低速度,也就是说,在非常状态下,磁悬浮列车的可控性稍微有点成问题。而且,目前已知的任何地面交通工具,在空气中运行都不宜超过400千米/小时的速度,否则噪音也会增加。
另外,磁悬浮列车的建造和运营成本还不够低廉,上海磁悬浮轨道不过30千米长,就已经挺贵了。几年前,德国准备修建一条从柏林到汉堡的磁悬浮列车工程,在调研和计算后发现,实在太贵了,因此放弃了计划。看来,磁悬浮要想真正替代火车,还有很长的路要走。特别是高速铁路的出现,也让磁悬浮列车的速度优势不再那么明显。未来的磁悬浮列车,会怎样发展呢?
地底下的“太空飞梭”
当然是继续提速!科学家正在研制一种时速超过1000千米的磁悬浮列车,这么快的速度,是如何实现的呢?嘿嘿,请大家遥想太空吧,在太空中,由于处于真空环境,因此没有任何摩擦,这样理想的环境,不是更能帮助磁悬浮列车提速吗?但是,总不能把磁悬浮轨道架设到太空里去吧?
上天不成,那就入地!科学家打算在地底下修建完全封闭的管道式磁悬浮列车运行轨道,在封闭的管道中人工制造真空环境,让磁悬浮列车在真空管道中实现“太空飞梭”式的“飞速”运行!理论上,在摩擦力几乎可以忽略不计的情况下,这种未来版磁悬浮列车的最高速度能超过4000千米/小时,甚至20000千米/小时!
太恐怖了,这还是车吗?这简直是火箭啊!有了这样的列车,未来的人们在地面旅行,再长的旅程恐怕都要用“分钟”来计时了,是不是非常刺激呢?
嘿嘿,一起期盼吧!