@ 2014.08.01 , 13:43

WHAT IF:过山火车

一辆高速行驶的火车可以在保证乘客舒服的情况下像过山车那样通过垂直的回环吗?
—Gero Walter

不能。

好吧……这个回答让大家失望了,我来把要求放宽一点。

一辆高速行驶的火车可以在保证乘客活着的情况下像过山车那样通过垂直的回环?还是不行。
一辆经过改造,在顶端加装了喷气式引擎的高速行驶的火车可以在保证乘客活着的情况下像过山车那样通过垂直的回环?还是不行。

也许吧。

挪威铝和能源公司Norsk Hydro 拍摄了一个具有教育意义的广告,广告里面一堆熊孩子在火车轨道上装了一个过山车的轨道。这个广告嘛..好吧..当然是不现实的。在让高速火车通过这样一个轨道的计划里存在很多的问题。

首先出现的是几何问题。火车能通过的最大的圆大概半径是200m。如果圆比这个还大的话,就算把世界上最快的火车搬出来它也会掉下来。

可惜了,半径200m的圆对火车来说有点迷你了,大多数高速火车能行驶的弧形垂直轨道的半径要20km。
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限制的原因不是火车能不能弯不过来,这和火车速度有关(速度越大,通过弧形轨道产生的加速度越大)。

来个栗子, 从Bombardier ZEFIRO的规格表来看,它能应付的垂直的弧形轨道半径最大只有900m ,如果它全速行驶的话,会产生大约2g的加速度(正常状态下我们受到的重力加速度是1g)。乘客可以活下来(火车就不一定了..)但是肯定不舒服。

但是半径900m的环还是太大了。就算全速行驶,火车在还到不了全程四分之一的地方就该滑下来了。
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挪威那个视频里面的火车是Di 4,视频中火车的速度大概是它能开到的两倍快。根据他的速度和车厢数量,那个圆的半径大概是70m,这个小圆也让我们看起来火车动的如此的快,其实真正的Di 4也没比它慢多少,但是真正的火车会从圈的顶部掉下来。视频里的火车只用5秒钟通过了圆环,速度比较快,所以没什么问题。

但是这么小的圆轨道让火车和乘客承受大概9-15g的加速度。这是战斗机驾驶员穿着压力服能承受的临界值了。所以很不幸..火车里的人都要跪了,当然火车早就不行了。70m的半径对过山火车来说太小了!

那么,我们就要一个大一点的圆,半径900m的应该就差不多了。但是可惜了,我们火车开不了那么快。好吧,来给力一点。

这样怎么样?
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其实吧,很多国家都试过建造喷气式火车,可惜这些火车都从来没能起飞。好吧,幸运的是它们也没能起飞。

一架波音747的引擎可以使我们的火车增加大概百分之三十五的速度。这对一个半径900m的圆环来说够了吗?
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其实……还不够。

放上面不行,我们换个地方试试吧?
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……刚刚发生了什么,什么都没发生对吧。

明白了吧?我们需要一辆开得足够快的火车和一个中型圆环。这个圆环看起来应该差不多是这个样子的:
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当然,它太高了..,也许我们可以在一座小山里把它造出来?
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圆环的形状和过山车轨道很像,能够把整个过程中的加速度变得小一点,最大的加速度也就几个g,我们当然能够轻松活下来啦。

当然当然,造这么个东西的价格嘛……恩,总之如果没有政府给的巨额投资几个熊孩子肯定搞不定它。

对那些幻想造出这样一个轨道的挪威熊孩子,如果你们读了这篇文字,别灰心!还有机会。

美国副总统拜登,曾在美国参议院工作36年。那个时候,他从来没有搬到华盛顿特区。相反,每天晚上,他坐火车回特拉华州看他的家人。很感人是吧?但过了头几年,我敢肯定,通勤还是有点沉闷的。

所以,如果你正在寻找一个厉害的支持者来帮助你让别人的车坐多了几分刺激,去做做乔的思想工作吧。
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本文译自 XKCD,由译者 Biwef℃ 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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