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6 这也许是以后没有人坐飞机的原因:超级高铁

了不起的物理 严伯钧 1050 2024-10-22 05:00

  

  我国贵州省铜仁市已经准备开启超级高铁的项目了,最终要建成时速4000千米的超级高铁。这个速度比一般的超声速飞机快得多。超级高铁,英文叫“Hyper Loop”,这个概念最早是由美国企业家、人称现实版“钢铁侠”的埃隆·马斯克提出来的。

  超级高铁的厉害之处,不光在于速度快,单纯的速度快并不难,宇宙飞船早就能达到1万千米以上的时速。超级高铁难在保证速度快的前提下,还要经济适用,因为发射宇宙飞船这种项目可以不计成本,但民用的交通工具必须让大家用得起。

  速度快的交通工具,最大的成本来自能耗,传统高铁的能耗主要来自克服运动遇到的阻力,阻力分为两种:车轮与铁轨的摩擦以及空气阻力。超级高铁采用的是磁悬浮的方案,通过强磁场让列车悬浮在轨道上两厘米的地方,这样列车就跟地面没有了摩擦。解决了地面摩擦问题以后,还剩空气阻力。空气阻力的影响其实非常大,因为当列车运行起来以后,空气阻力的大小跟列车运行速度是平方关系,也就是当列车的速度变成原来的两倍时,它受到的空气阻力就会是原来的四倍,所以速度越快,阻力就越大,提速也就越难。这就是为什么我国的高铁从300千米的时速,提升到现在“复兴号”列车350千米的时速用了很长时间,别看速度提升的比例不大,空气阻力其实变大了不少,相应的能耗也会更大,技术上就需要更多的时间去研发如何让空气阻力减小的方案。

  为了解决空气阻力的问题,超级高铁是在密闭管道中运行的,把管道中的空气抽走,这样超级高铁在几乎没有空气阻力的情况下运行,时速达到4000千米也就不难了。

  其实超级高铁有过别的方案。首先抽真空非常费事,同时还要保证管道里面不漏气,操作起来难上加难,并且成本会很高。能不能不抽真空,列车动的时候就让管子里吹一阵大风,让风速和车速保持一致,这样的话车跟空气没有相对运动,也就没有了空气阻力。但这个方案在列车调度上有大问题,因为管道里不可能只有一辆列车,所有列车不可能同开同停。如果有开有停的话,空气会经历局部压缩,它不会跟所有列车都没有相对运动,也就无法达到最初的目的。从实际操作来讲,管子里面刮阵大风的方案听着不错,但是很不实用,因此现在超级高铁所采用的都是抽真空管道的方案。

  现在全世界大概只有两三个地方在做超级高铁的项目,除了我国贵州,还有美国内华达的大沙漠。也许在十年内我们就能坐上超级高铁,可能届时飞机的使用率会大大降低。

  

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