【超高 高铁快速过弯道的奥妙】

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当我们骑自行车快速通过弯道 ， 或乘坐汽车快速通过高速公路出口的匝道时 ， 常会感觉到有一股力量拉扯着身体向前进曲线的切线方向运动 ， 这股力量叫离心力 。骑自行车的时速不过20千米 ， 汽车通过弯道的时速大约为60千米 ， 它们的离心力尚且如此明显 ， 为什么人们坐在时速达到350千米的高速动车组上 ， 离心力的感觉反倒不明显了？这都归功于铁路施工中采用了曲线外轨“超高”设计的缘故 。本文将结合物理学知识就该问题进行简要分析 。列车过弯大敌—离心力

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公式中 ， F为向心力（牛）；M为列车质量（千克）；v为列车运行速度（米/秒）；R为曲线半径（米） 。
根据牛顿第一定律 ， 假设不对列车施加向心力或其他外力 ， 列车应沿着曲线的切线方向进行匀速直线运动 ， 而不是绕曲线运动 ， 这就是离心运动 。使列车远离其旋转中心进行离心运动的那个“力” ， 则被称为“离心力” 。
正如前文假设条件所说 ， 在这个过程中 ， 我们可以发现并没有新的作用力施加在列车上 ， 所以 ， “离心力”并未真正出现过 ， 它仅仅是人为引入的一种“惯性力” ， 是为了解释非惯性参考体系进行匀速圆周运动的一种虚拟力 ， 其大小与列车进行匀速圆周运动时的向心力相等 ， 方向相反 。
列车在曲线上运行时 ， 需通过钢轨外轨和列车轮缘的接触 ， 由外轨对轮缘施加作用力 ， 迫使列车沿曲线方向运行 。力的方向和线速度方向垂直 ， 并沿半径指向圆心 ， 这个力就是迫使列车进行曲线运动的向心力 。轮缘同时会有一个作用于外轨的反作用力 ， 使轮缘和外轨之间产生磨损 ， 我们可以把这个力视为“离心力” 。

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根据相关资料 ， 动车组单列车重约55吨 ， 高速铁路一般地段最小曲线半径为7000米 ， 动车组时速为350千米 。将这些数据代入上面提到的公式进行计算 ， 可以得出列车通过曲线时需要钢轨外轨提供的向心力为74.2千牛 。这是一个很大的数值 。如果不对铁路外轨进行其他设置 ， 这个力将直接作用在外轨内侧 。显然 ， 这个力会使列车轮缘和外轨产生巨大的摩擦 ， 将极大影响列车运行速度 ， 同时也会给轮缘和外轨带来损伤 ， 降低它们的使用寿命 ， 并对列车运营安全产生极大的威胁 。

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降低过弯离心力的方法
根据离心力的计算公式 ， 我们不难发现 ， 决定离心力大小的因素有3个 ， 它们分别是：
第一 ， 列车车体质量M 。要想减小列车离心力 ， 可以采取降低列车车体质量的方法 。不过 ， 在当前的材料和技术条件下 ， 实现这种方法将需要一个较长的发展过程 ， 并不容易实现 。
第二 ， 列车运行速度v 。降低列车的运行速度v ， 同样可以减小列车离心力 。在乘坐普速列车时 ， 当通过小半径曲线地段时 ， 我们可以发现列车车速往往会降低 。这样做正是为了降低离心力 ， 保证车辆运行安全及乘客乘坐的舒适度 ， 但这种方法与高速铁路发展的初衷相背离 。

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