火车|你以为是轮缘卡住了轨道，火车才不会脱轨？错
我们经常会凭借自己的想当然去理解周围的事物 ， 并坚信自己的理解是正确的 ， 所以很多精妙绝伦的设计都被我们所忽视了 ， 比如火车就是一个典型的例子 。
早在19世纪初 ， 火车就随着蒸汽机的诞生而诞生了 ， 火车的诞生使人类的运输方式发生了根本的改变 ， 对促进人类文明的加速发展具有着重要的意义 。 看似粗大的火车实际上却是一种设计极其精妙的机器 ， 只不过很多人并没有注意到而已 ， 比如你想没想过 ， 火车为什么不会脱轨呢？人类充满了好奇心 ， 喜欢去了解周围事物的内在原理 ， 但很少有人会思考火车为什么不会脱轨 ， 因为大多数的人只凭自己所看到的就推断出了这个问题的答案 ， 火车的轮子从正后方看起来是一对躺倒的“T”字型 ， 所以人们理所当然的认为是T的帽子卡住了轨道 ， 所以火车才不会脱轨 ， 其实并非如此 。
火车的车轮呈现躺倒的“T”字型 ， 而这个T的帽子有一个专门的名词 ， 叫做轮缘 。
任何人看到这样的轮子都会理所当然的认为是轮缘卡住了轨道 ， 但只要我们亲手做一个实验就会发现单靠轮缘是卡不住轨道的 ， 特别是在转弯的时候 ， 脱轨几乎是一种必然 。 那么到底是什么力量让高速行驶的火车能够始终在轨道上运行 ， 而不会飞出去呢？奥秘其实还在火车的车轮上 。
乍一看 ， 火车的车轮好像和汽车的车轮一样 ， 是一个躺倒的圆柱体 ， 实际上不是 。 火车的车轮并不是一个圆柱体 ， 而是一个圆锥体 ， 靠近轨道内侧的部分宽 ， 而靠近轨道外侧的部分窄 ， 所以左侧的车轮会在重力的作用下向右滑 ， 而右侧的车轮则会向左滑 ， 于是火车就在重力的作用下被牢牢束缚在了轨道上 。
如果注意观察行驶中的火车就会发现 ， 火车两侧的轨道始终位于两个车轮的中间位置 ， 而很多人以为用来卡住轨道的轮缘 ， 实际上几乎不与轨道发生接触 ， 我们可以把轮缘的存在看作是一种保险 ， 在特殊的情况下为避免火车出轨贡献一份力量 。
说完了火车为什么不会脱轨 ， 再来说说火车为什么能够转弯 。 这个问题听起来好像有些无聊 ， 火车能够转弯当然是因为轨道转弯啦 。 其实问题没有这么简单 ， 即使轨道转弯了 ， 也并不代表火车就能够顺利转弯 。 其实不仅火车 ， 任何车辆在转弯的时候都面临着一个相同的问题 ， 那就是两侧的车轮转速是一样的 ， 但行进的路程却不一样 。 比如我们向右转的时候 ， 两侧的车轮会画出两个弧线 ， 但两个弧线的长度并不一样 ， 右侧车轮经过的路程短 ， 而左侧的车轮经过的路程长 。
如果车辆两侧的车轮转速是一样的 ， 但是需要在相同时间经过的路程不一样 ， 这是绝对无法做到的 ， 所以不解决这个问题 ， 车辆是无法顺利转弯的 。
不过这个问题对于汽车而言是相对容易解决的 ， 只要在两个转向轮中间安装差速器 ， 让转弯时外侧车轮转速稍快就可以解决这个问题 。 但火车是没有办法安装差速器的 ， 因为火车的两侧车轮是由同一根车轴所连接的 ， 那么火车怎么转弯呢？奥秘还是在火车的车轮上 ， 我们已经知道了火车的车轮并不是圆柱形 ， 而是圆锥形 ， 而这种圆锥形的设计不仅能够保证火车不会脱轨 ， 还为火车转弯提供了便利 。 还是让我们举一个实际的例子来进行说明 。
当一辆火车开始向右转的时候 ， 火车的轨道便不再位于两侧车轮的中间位置 ， 右侧的轨道会贴近车轮的内侧 ， 而左侧的轨道则会贴近车轮的外侧 。
【火车|你以为是轮缘卡住了轨道，火车才不会脱轨？错】由于火车的车轮是圆锥形的 ， 外侧的周长小 ， 而内侧的周长大 ， 所以虽然两侧车轮的转速是一样的 ， 但是由于左侧的轨道是与周长更大的车轮内侧相接触 ， 而右侧的轨道是与周长较小的车轮外侧相接触 ， 所以在相同的转速下 ， 左侧车轮所经过的路程就要比右侧车轮更长 ， 恰好满足了火车转弯时左侧轨道路径比右侧轨道路径更长的问题 ， 使得火车可以实现顺利转弯 。 就是这样一个圆锥形的车轮 ， 既能够保证火车不会脱轨 ， 又能够保证火车可以顺利转弯 ， 不可谓不是一个精妙绝伦的设计 。
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