- 趣味物理學(xué):進(jìn)階篇
- (蘇)雅科夫·伊西達(dá)洛維奇·別萊利曼
- 1024字
- 2023-09-27 10:50:51
不停歇的軌道
從站臺跳上一輛疾馳的列車無疑是一件難事。但是,假設(shè)站臺是移動(dòng)的,而且與火車運(yùn)行速度一致。那跳上去會(huì)很困難嗎?
當(dāng)然不難。你能夠像登上一列靜止的火車一樣輕松地上車。一旦你和火車以相同的速度向同一方向移動(dòng),對你來說,火車就處于靜止?fàn)顟B(tài)。它的車輪確實(shí)在轉(zhuǎn)動(dòng),但對你而言,這只不過意味著時(shí)間的流逝。
嚴(yán)格來說,所有我們通常認(rèn)為是靜止的物體——例如,一列停靠在火車站的火車——實(shí)際上都在和我們一起圍繞著地軸和太陽運(yùn)動(dòng)。
就實(shí)際情況而言,我們可以很容易地讓一列火車在不??康那闆r下載客和卸客。在各種展覽和展會(huì)上經(jīng)常會(huì)有這樣的安排,讓參觀者能夠迅速和方便地看到所有要觀覽的東西。場地的入口和出口由一條不停歇的軌道連接起來,乘客可以在他們方便的時(shí)候上車或從移動(dòng)的車廂下車。

圖2 A、B兩站之間無須停車的軌道(圖3向我們展示了它的運(yùn)行方式)
圖2和圖3將這個(gè)有趣的想法進(jìn)行了細(xì)化。圖2中的A和B是終點(diǎn)站的設(shè)計(jì)。每個(gè)終點(diǎn)站都有一個(gè)圓形的固定平臺,位于一個(gè)大的旋轉(zhuǎn)圓盤的中間。一節(jié)節(jié)的車廂環(huán)繞于兩個(gè)終點(diǎn)站之間?,F(xiàn)在讓我們看看,圓盤旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)發(fā)生什么呢?車廂會(huì)圍繞著圓盤旋轉(zhuǎn),其速度與圓盤邊緣的速度相同。因此,乘客可以安全地從圓盤跳上火車,或從火車跳下圓盤。下車后,乘客走向圓盤中心的終點(diǎn)站。從旋轉(zhuǎn)圓盤的內(nèi)緣走到固定平臺的路程十分輕松,因?yàn)楫?dāng)半徑變短的時(shí)候,圓周速度就會(huì)變慢(內(nèi)緣上的點(diǎn)自然比外緣上的點(diǎn)移動(dòng)得更慢,因?yàn)樵谕瑯拥臅r(shí)間內(nèi),它描畫的圓周要小得多)?,F(xiàn)在乘客只能通過天橋到達(dá)鐵軌兩邊(圖3)。

圖3 無須停車的車站
這種方式因?yàn)闆]有頻繁地停車,所以節(jié)省了很多時(shí)間和耗能。而在現(xiàn)實(shí)中,電車會(huì)將大部分時(shí)間和近67%的耗能花費(fèi)在啟動(dòng)時(shí)加速和停車時(shí)減速的過程中。順便提一句,通過使電車的電動(dòng)機(jī)像發(fā)電機(jī)一樣運(yùn)行并向電路提供反向電流,可以節(jié)省減速時(shí)的耗能。運(yùn)用這種方法,柏林夏洛特堡的電車電力支出減少了30%,該方法現(xiàn)在(作者成書年代,書中其他表示“現(xiàn)在”的詞匯都指作者成書年代)也廣泛地應(yīng)用于現(xiàn)符拉迪沃斯托克(海參崴)—莫斯科的電車線路。
火車站甚至可以不配備專門的移動(dòng)平臺來讓火車在途中載客和卸客。想象一輛特快列車飛速地駛過站臺,我們希望它不必停靠就能載上更多的乘客。要做到這一點(diǎn),就需要乘客乘坐另一輛在平行軌道上的輔助列車,這列火車將加速至特快列車的速度。當(dāng)兩列火車平行時(shí),它們將處于彼此的靜止?fàn)顟B(tài)。乘客就能通過舷梯輕松地從輔助列車轉(zhuǎn)移到特快列車上,這樣,特快列車就不必在車站??苛?。