【机车小子 app】高铁到底有多平顺,这次玩点有趣的!

【机车小子 app】高铁到底有多平顺,这次玩点有趣的!

 

这个视频有意思了,一个瑞典人坐中国“GaoTie”(老外喜欢这么叫),惊叹硬币能立起来之余,掀起了日本和台湾网友的挑战。随后日本网友测试失败,骂战就开始了……有人分析日元太薄的,有人说大陆人吃不饱饭坐高铁是假的……验证的视频也越来越多。

优酷视频在此( youtube原链):

首先可以确定的是,绝对在你正常行驶的汽车上立不起来的。谁要能立起来,录个视频,奖励一套机车小子GPS!

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搬起小板凳,今天我们来复习下中学的物理知识,看看怎样才能十分钟不倒。

最基本的一点,当然就是平稳了。傻瓜都知道不平稳就会倒。但如何定义平稳呢?

如果把车厢的晃动分为前后、左右、上下,就简单多了。前后、左右、上下都不晃,就是平稳,就能保持硬币不倒。

多晃才能倒呢?

晃动能改变摩擦力,摩擦力产生加速度,加速度合成重力方向,重力方向决定重心位置

这就关键了。不考虑更复杂的共振,只考虑简单晃动,无须上下或者往硬币的侧面晃动,只要在硬币面对方向有个突破临界的加速,平衡就会被破坏。

有个力产生加速度,做功,改变硬币的动能与势能,让它刚好转动到临界点……倒不倒就由它自己了
多斜算临界点呢?这里用的中国的硬币尺寸计算——4.23度
也就是说硬币的重心要沿着旋转半径的切线旋转4.23°
没错,这让我想起汽车爬坡,4.23度
这也不是别人画的图,依然是我的原创,点击图片可以看到英文原版。英文很简单,我就懒得翻译了, 总之,这里计算汽车开到坡顶,需要的最大扭矩。最大扭矩代表了坡底起步时要的最大力气。如果能突破这个力气,汽车就能开始爬,硬币就会开始抖。时间再长一些,这个力气做的功就足够大,汽车爬得足够高,硬币也足够斜……
所以需要0.7m/s^2左右的加速,才能有足够的力气晃动一枚中国硬币。这里有一组机车小子测试高铁实际加速的数据,误差优于0.15m/s^2,最大0.6,还不到0.7,也就达不到晃动硬币的基本条件

好了,这下你明白硬币不倒的最基本要求了。我们看看实际测试的视频,你就明白平顺是什么意思,高铁加速到底多厉害。

 

说到这里已经基本说明白了不倒原理。如果你还有兴趣,可以继续往下看。上面的计算是初中物理,计算结果只是基本要求,只是硬币不倒的必要条件。还有什么充分条件呢?下面继续!

人生的微分是里程,里程的微分是速度、速度的微分是加速度、加速度的微分呢?加加速度……没开玩笑。这里先学习一个概念:加加速度,又称急动度,是描述加速度变化快慢的物理量。加加速度与稳定性有直接的关系。

加加速度越大,说明运动状态越复杂。脑补一下飞车大片,一辆汽车在翻滚……这时候加速度会变幻莫测,各种方向,各种时长。这就是稳定性最差的时候,别说放东西了,只要不被甩出去就算走运了。

另一个情况——加速度很大,加加速度越小。

任何车都可以做到加加速度很小,只要停在那就行了。但要加速度很大,加加速很小,就只有极品车可以了。比如特斯拉以提速著称。但同时,它也以平顺被高端车主喜欢。最特别的是,它可以在凶猛提速同时,保持提速曲线的平顺,保持加加速度的最小。这样的乘坐感受,是极品。

好了,这下你大概懂我意思了。下面引用一些数据——

人体对加加速度的忍受有一定范围,对于汽车来说,人体可忍受的最大横向加加速度约在0.4~1.0米/秒³ ,而在铁路设计中,一般采用法向加加速度<0.3~0.5

以中国中车旗下四方股份公司研制的CRH380A为例,它的加加速度和减减速度值要求必须小于0.75米/秒³。这个指标代表什么水平?在全球这个行业是顶尖的。
第二个指标是横向稳定性也就是左右晃动,第三个指标是垂向稳定性,也就是上下颠簸。在这两个指标上,中国的高铁列车控制得也非常严格。还是以CRH380A型高速动车组为例,在列车以时速300公里运行时,要求客室中部的横向最大加速度只有0.42米/秒²。

除了振动会产生加速度和加加速度,还有转弯会需要向心力,这时候要保证列车平稳的话,就必须让线路平直,尽量采用直线或者大半径的圆曲线,不能有太多太急的弯道。如时速350公里的高铁要求线路的曲线半径一般要求不小 7000米,而京沪高铁的最小曲线半径是9000米,在非常困难的地方最小曲线半径也不低于7000米。而日本、欧洲的很多高铁线路最小曲线半径只有4000米左右。为了做到线路的平直,中国高速铁路建设大量采用桥梁,一方面可以节约土地征用,另一方面就是能够截弯取直。

好了,最大力气、加加速感受、铁轨曲率……这仨就是老外夸中国高铁的原因了。如果你感兴趣,也可以去找日本硬币的数据来计算试试。有的日本朋友不服,但给个我的计算结果:日本硬币需要最大0.6694m/s^2的加速度才能被晃动,而大陆高铁除非更换铁轨,也就上面的0.4~0.6m/s^2之间。理论上日本硬币在中国高铁上照样不倒。

好了,最后还想说一居,机车小子GSpot app连高铁都能测,你看懂了吗?

 

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