物理火車彎道中的力學(xué)知識

1、火車轉(zhuǎn)彎中的力學(xué)知識火車是我們?nèi)粘Ｉ钪兄匾慕煌üぞ咧?，那你是否知道在火車中蘊藏著許多有趣的物理力學(xué)知識？，下面就讓我們一起來探究一下有關(guān)火車轉(zhuǎn)彎中的力學(xué)知識吧！GO你到過有鐵路的地方去過嗎？當你沿著鐵路走的時候，到達轉(zhuǎn)彎的地方你會發(fā)現(xiàn)，那一段路與其余的地方有什么不同嗎？從這張圖片可以看出，火車軌道轉(zhuǎn)彎的地方外側(cè)高于內(nèi)側(cè)。這種設(shè)計的目的并不是為了減少火車對車軌的支持力而設(shè)計的。它主要目的是為了減少火車轉(zhuǎn)彎時對車轉(zhuǎn)的過度魔擦而使車軌變形。Ml請看下面一張圖片，火車過彎道時的平面圖下面我們將火車內(nèi)外側(cè)等高，外側(cè)高于內(nèi)側(cè)的兩種情況進行比較，看看為什么火車外側(cè)高于內(nèi)側(cè)行駛安全。如圖1所示，如果火車

2、轉(zhuǎn)彎處內(nèi)外軌無高度差，火車行駛到此處時，由于火車慣性的緣故，會造成外軌內(nèi)側(cè)與火車外輪的輪緣相互擠壓現(xiàn)象，使火車受到外軌內(nèi)側(cè)的側(cè)壓力作用.迫使火車轉(zhuǎn)彎做圓周運動.但是這個側(cè)壓力的反作用力，作用在外軌上會對外軌產(chǎn)生極大的破壞作用，甚至?xí)鹜廛壸冃?，造成翻車事故有向心火車轉(zhuǎn)彎的時候相當于在做圓周運動，而做圓周運動必須要力，其實火車轉(zhuǎn)彎的向心力并不是側(cè)壓力提供的，那么是什么力作為向心力的呢如圖2所示，在轉(zhuǎn)彎處使外軌略高于內(nèi)軌，火車駛過轉(zhuǎn)彎處時，鐵軌對火車的支持力弘的方向不再是豎直的，而是斜向彎道內(nèi)側(cè)，它與重力G的合力指向圓心，成為使火車轉(zhuǎn)彎的向心力。如圖2所示：根據(jù)力的分析圖可以看出，火車軌道只有外

3、側(cè)高于內(nèi)側(cè)，才能保證火車在行駛時不會出現(xiàn)危險。但除此之外，火車過彎道時，要注意控制速度。那么，根據(jù)力的分析可以得出火車行駛的最佳速度是多少呢？設(shè)內(nèi)外軌間的距離為L內(nèi)外軌的高度差為h,火車轉(zhuǎn)彎的半徑為R火車轉(zhuǎn)彎的規(guī)定速度為比由圖2所示力的三角形得向心力為：h?=mgtana電mgsink=mgJl由牛頓第二定律得：R亠入mg=m所以：LR=巫即火車轉(zhuǎn)彎的規(guī)定速度：火車駛過彎道時，力與速度的關(guān)系：討論(當火車行駛速率v等于規(guī)定速度也時，恥氏，內(nèi)、外軌道對輪緣都沒有側(cè)壓力.(2丿當火車行駛速度v大于規(guī)定速度昨時，月*氏，外軌道對輪緣有側(cè)壓力.(3)當火車行駛速度v小于規(guī)定速度時，用氏，內(nèi)軌道對輪緣有側(cè)壓力下面我們將火車內(nèi)外側(cè)等高，外側(cè)高于內(nèi)側(cè)的兩種情況進行比較，看看為什么火車外側(cè)高于內(nèi)側(cè)行駛安全。如圖1所示，如果火車轉(zhuǎn)彎處內(nèi)外軌無高度差，火車行駛到此處時，由于火車慣性的緣故，會造成外軌內(nèi)側(cè)與火車外輪的輪緣相互擠壓現(xiàn)象，使火車受到外軌內(nèi)側(cè)的側(cè)壓力作用.迫使火車轉(zhuǎn)彎做圓周運動.但是這個側(cè)壓力的反作用力，作用在外軌上會對外軌產(chǎn)生極大的破壞作用，甚至?xí)鹜廛壸?/p>