书城科普读物百科知识-科普新课堂:奇趣物理
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第14章 没有方向盘的火车

天空中的飞机,海洋中的轮船,它们转弯时靠的是舵。陆地上奔驰的汽车、无轨电车,它们转弯时,靠的是方向盘。但是在铁轨上高速行驶的火车,既没有舵,又没有方向盘,为什么也能顺利地转弯呢?

我们知道,有轨电车也没有方向盘,它是循着铁轨的弯道而转弯的。看过有轨电车的转弯,就能帮助我们理解火车转弯的道理。有时骑自行车的人,一不小心,把轮子嵌在有轨电车的轨道里,他的轮子就循着轨道前进,再也不听“驾驶员”的操纵。当失去平衡,车子就倒了下来。这就是轨道能控制车轮的道理。

火车的轮子与其它车轮不同,它的最外面一圈叫“轮箍”。

“轮箍”上有一圈高出部分叫做“轮缘”,火车上车轮的“轮缘”

始终是嵌在两道平行钢轨内侧的。当火车行至弯道时,因离心作用,使弯道外侧车轮的轮箍紧贴钢轨,这时,外侧钢轨给轮缘一种侧压力,即向心力,迫使车轮循着钢轨行走。我们再仔细地看一看火车的轮箍,就会发现在轮箍与钢轨的接触面上是有斜度的,靠外侧倾斜1/10,内侧倾斜1/20;这样在同一轮子上,就形成了一部分是“大轮”,另一部分是“小轮”。当火车进入弯道时,由于车轮紧靠弯道外侧,就形成了“大轮”走弯道外侧钢轨,“小轮”走弯道内侧钢轨。这正像一列横队转弯时,外圈的人步子走得大一点,内圈的人步子走得小一点,就能同时整齐地转过弯来。正因为火车车轮的“轮箍”有个斜度,所以能使同一车轴的两只车轮顺利地通过弯道。

在直道上,两侧车轮都正压在钢轨上,加上火车的重心低,火车高速运动时,就能使车轮的中心和钢轨的中心保持一致。

我们再看看火车头的车轮,为什么有的做得很大,有的做得很小呢?由于这些轮子的作用不同,大小也就不一样。最前面的一对或两对较小的轮子,叫“导轮”,顾名思义,就是说这一两对轮子是起引导作用的。中间几对大轮子,叫“动轮”。

后面较小的轮子,叫“从轮”(也有不用“从轮”的火车)。“导轮”和“从轮”都设有转向架,它可以不受车架的限制而自由转向。当机车在直线上运行时,转向架的中心线与主车架的中心线一致。在弯道上行驶时,因车轮靠向弯道内侧,转向架就带着中心盘转向弯道内侧,这时转向架的中心线与车架不在一直线上,就可利用复原装置将主车架前端导向内侧,使机车沿着曲线转向,待通过弯道后,又利用复原装置的复原力,使转向架恢复中心位置。因此火车不论是在直道上或弯道上,都能既快又稳地高速前进。