了不起的物理

6 這也許是以後沒有人坐飛機的原因:超級高鐵

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我國貴州省銅仁市已經準備開啟超級高鐵的項目了,最終要建成時速4000千米的超級高鐵。這個速度比一般的超聲速飛機快得多。超級高鐵,英文叫“Hyper Loop”,這個概念最早是由美國企業家、人稱現實版“鋼鐵俠”的埃隆·馬斯克提出來的。

超級高鐵的厲害之處,不光在於速度快,單純的速度快並不難,宇宙飛船早就能達到1萬千米以上的時速。超級高鐵難在保證速度快的前提下,還要經濟適用,因為發射宇宙飛船這種項目可以不計成本,但民用的交通工具必須讓大家用得起。

速度快的交通工具,最大的成本來自能耗,傳統高鐵的能耗主要來自克服運動遇到的阻力,阻力分為兩種:車輪與鐵軌的摩擦以及空氣阻力。超級高鐵采用的是磁懸浮的方案,通過強磁場讓列車懸浮在軌道上兩厘米的地方,這樣列車就跟地麵沒有了摩擦。解決了地麵摩擦問題以後,還剩空氣阻力。空氣阻力的影響其實非常大,因為當列車運行起來以後,空氣阻力的大小跟列車運行速度是平方關係,也就是當列車的速度變成原來的兩倍時,它受到的空氣阻力就會是原來的四倍,所以速度越快,阻力就越大,提速也就越難。這就是為什麽我國的高鐵從300千米的時速,提升到現在“複興號”列車350千米的時速用了很長時間,別看速度提升的比例不大,空氣阻力其實變大了不少,相應的能耗也會更大,技術上就需要更多的時間去研發如何讓空氣阻力減小的方案。

為了解決空氣阻力的問題,超級高鐵是在密閉管道中運行的,把管道中的空氣抽走,這樣超級高鐵在幾乎沒有空氣阻力的情況下運行,時速達到4000千米也就不難了。

其實超級高鐵有過別的方案。首先抽真空非常費事,同時還要保證管道裏麵不漏氣,操作起來難上加難,並且成本會很高。能不能不抽真空,列車動的時候就讓管子裏吹一陣大風,讓風速和車速保持一致,這樣的話車跟空氣沒有相對運動,也就沒有了空氣阻力。但這個方案在列車調度上有大問題,因為管道裏不可能隻有一輛列車,所有列車不可能同開同停。如果有開有停的話,空氣會經曆局部壓縮,它不會跟所有列車都沒有相對運動,也就無法達到最初的目的。從實際操作來講,管子裏麵刮陣大風的方案聽著不錯,但是很不實用,因此現在超級高鐵所采用的都是抽真空管道的方案。