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高铁列车的速度能一直快下去吗?

自从高铁列车发明以来,就不断在试验中刷新陆地轨道车辆运行的速度纪录。1955年达到331.0千米/时,1990年达到515.3千米/时,2007年达到574.8千米/时,那么,在陆地轨道上运行的高铁列车是否有一个速度的极限值呢?答案是肯定的。

和其他的车辆一样,高铁列车也是用牵引力克服阻力的方式来加速的。只要牵引力大于阻力,列车就能加速。因此,一开始我们只要增大列车上的动力设备总功率,提高牵引力,就可以让列车加速。然而,当总功率大到一定程度时,牵引力就无法再增加了,这是为什么呢?

原来,列车的车轮和地面的摩擦力是存在一个极限的,当牵引力超过摩擦力时,车轮就会在铁轨上打滑。此时即使车轮飞转、火花四溅,也不能让列车再提速一丁点儿。如果你参加过拔河比赛,就一定可以理解这种情况:当比赛的一方处于下风时,即使拉绳子的力量再大,也会被拖着滑向前方。因为拔河时人对绳子产生的最大拉力不会超过鞋和地面之间的摩擦力。列车车轮上发生的也是类似的情况,处于打滑前临界状态的牵引力叫作黏着牵引力,它是该列车车轮可为列车提供的最大牵引力。

列车的黏着牵引力不是一个固定的值。它在静止时是较大的,随着速度的增加,黏着牵引力呈下降趋势。随着列车速度的增加,列车的空气阻力等阻力因素却不断增大。最后,当黏着牵引力与总阻力一致时,列车合力为零,由此就达到了极限速度。因此,高速列车的速度是有极限值的。

看到这里,你也许会说,那请告诉我这个值是多少吧。很遗憾,这个极限速度不是固定的。科技进步可以提高这个极限值。例如,通过改善轮轨材料或轮轨匹配关系来增加轮轨黏着系数;通过增加列车动轴个数来增加总牵引力;通过改进车体尤其是车头形状来减小阻力。有人还提出在真空隧道中运行列车,因为在真空状态下,列车受到的阻力很小,速度甚至可达每小时数千千米。但是,实用的高速列车不仅仅要考虑在技术上可以实现快速前进,还要考虑安全、经济、使用方便等诸多因素。因此,目前高速列车的最高速度只能达到每小时几百千米