[物理】火车弯道中的力学知识

火车转弯中的力学知识
火车是我们日常生活中重要的交通工具之一，那你是否知道在火车中蕴藏着许多有趣的物理力学知识？，下面就让我们一起来探究一下有关火车转弯中的力学知识吧！GO——
你到过有铁路的地方去过吗？当你沿着铁路走的时候，到达转弯的地方你会发现，那一段路与其余的地方有什么不同吗？
从这张图片可以看出，火车轨道转弯的地方外侧高于内侧。

这种设计的目的并不是为了减少火车对车轨的支持力而设计的。

它主要目的是为了减少火车转弯时对车转的过度魔擦而使车轨变形。

请看下面一张图片，火车过弯道时的平面图
下面我们将火车内外侧等高，外侧高于内侧的两种情况进行比较，看看为什么火车外侧高于内侧行驶安全。

如图1所示，如果火车转弯处内外轨无高度差，火车行驶到此处时，由于火车惯性的缘故，会造成外轨内侧与火车外轮的轮缘相互挤压现象，使火车受到外轨内侧的侧压力作用．迫使火车转弯做圆周运动．但是这个侧压力的反作用力，作用在外轨上会对外轨产生极大的破坏作用，甚至会引起外轨变形，造成翻车事故．
有向心火车转弯的时候相当于在做圆周运动，而做圆周运动必须要力，其实火车转弯的向心力并不是侧压力提供的，那么是什么力作为向心力的呢？
如图2所示，在转弯处使外轨略高于内轨，火车驶过转弯处时，铁轨对火车的支持力的方向不再是竖直的，而是斜向弯道内侧，它与重力G的合力指向圆心，成为使火车转弯的向心力。

如图2所示：
根据力的分析图可以看出，火车轨道只有外侧高于内侧，才能保证火车在行驶时不会出现危险。

但除此之外，火车过弯道时，要注意控制速度。

那么，根据力的分析可以得出火车行驶的最佳速度是多少呢？
设内外轨间的距离为L，内外轨的高度差为h，火车转弯的半径为R，火车转弯的规定速度为．由图2所示力的三角形得向心力为：
由牛顿第二定律得：
所以：
即火车转弯的规定速度：
火车驶过弯道时，力与速度的关系：
讨论（1）当火车行驶速率v等于规定速度时，，内、外轨道对轮缘都没有侧压力．
（2）当火车行驶速度v大于规定速度时，，外轨道对轮缘有侧压力．
（3）当火车行驶速度v小于规定速度时，，内轨道对轮缘有侧压力
下面我们将火车内外侧等高，外侧高于内侧的两种情况进行比较，看看为什么火车外侧高于内侧行驶安全。

如图1所示，如果火车转弯处内外轨无高度差，火车行驶到此处时，由于火车惯性的缘故，会造成外轨内侧与火车外轮的轮缘相互挤压现象，使火车受到外轨内侧的侧压力作用．迫使火车转弯做圆周运动．但是这个侧压力的反作用力，作用在外轨上会对外轨产生极大的破坏作用，甚至会引起外
轨变形，造成翻车事故．
总结：生活即物理，万物之妙皆有由，更多的东西要待我们去探索发现。

不看不知道，一看就明了！！！。