问题

火车是在什么历史背景下发明出来的,为什么会采用轨道这一很特殊的运行方式?

回答
在十九世纪初,人类社会正经历着一场前所未有的变革,这就是工业革命。这场革命的引擎是蒸汽机的强大力量,它不仅仅是将纺织业带入了机械化时代,更是深刻地影响了交通运输的面貌。在此之前,人们出行和货物运输主要依靠马匹、牛车、帆船和人力。这些方式效率低下,成本高昂,并且受限于天气和地理条件,极大地制约了工业生产的扩张和商品的流通。

当时的英国,作为工业革命的先驱,对更高效、更大规模的运输方式有着迫切的需求。工厂生产的产品需要运往港口,而港口的原材料也需要运往工厂。马车在崎岖不平的道路上颠簸,载重量有限,速度缓慢,维护成本也不菲。帆船则受制于风向和海况,难以保证准时和稳定的运输。这种运输瓶颈成为了工业化进程中一个日益突出的问题。

正是在这样的背景下,人们开始思考如何利用蒸汽机的力量来解决运输的难题。最早的蒸汽动力车辆尝试直接在普通道路上行驶,但事实证明,这些车辆笨重、耗油,并且对道路造成极大的破坏,也难以克服坡道和泥泞。蒸汽机车的巨大重量和巨大的牵引力,对当时的道路提出了无法承受的要求。

于是,一个更聪明的想法应运而生:既然车辆本身难以承受重负和不平的路面,不如创造一种更平坦、更坚固的“道路”,让车辆能在上面更轻松地运行。而最适合承载巨大重量和提供平稳运行的,恰恰是两条平行铺设的坚固的金属轨道。

轨道的出现,是解决蒸汽机车运行难题的关键。首先,金属轨道提供了极低的滚动阻力。与车轮在粗糙地面上相比,车轮在光滑的金属轨道上滚动,摩擦力大大减小,这意味着用同样的动力可以拉动更重的货物,或者以更高的速度行驶。这对于蒸汽机车这种本身就笨重且能耗较高的动力源来说,至关重要。

其次,轨道的设计使得车辆的行驶方向得到精确的控制。两条平行的轨道,加上车辆车轮的凸缘(轮缘),就像是给火车套上了“缰绳”,确保它只能沿着轨道前进,不会偏离方向。这解决了早期蒸汽车辆在道路上行驶时容易失控的问题,也使得火车可以在狭窄的空间内安全高效地运行。

再者,轨道的坚固性可以很好地分散和承受蒸汽机车的巨大压力。将重力均匀地分布在两根铁轨上,并通过枕木、道砟层层传递到地面,避免了对路面的局部破坏。这使得火车能够以远超马车和蒸汽汽车的速度和载重量进行运输。

所以,轨道并非偶然,而是工业革命对运输方式进行深刻思考和技术革新后,针对蒸汽动力车辆的特性所做出的最优选择。它是一种巧妙地将动力、载荷、摩擦和导向结合起来的系统,为后来的铁路运输奠定了基础,也彻底改变了人类社会的商业、工业和旅行方式,让“轮子上的革命”得以轰轰烈烈地展开。火车和轨道,就像是一对孪生子,它们的诞生是那个时代最耀眼的科技结晶,开启了一个崭新的交通时代。

网友意见

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最早的车是轮子在地上跑。动力是人或者牲口。

发明车,或者说发明轮子,是因为这种形式可以降低摩擦力。

轨道交通的出现主要来说还是为了进一步降低摩擦力。

不过,防止跑偏也是重要的功能。

最早的轨道出现于古希腊时期,到底为什么,恐怕不可考了。

对于现代铁路的鼻祖,17世纪的轨道车而言,它的出现,使得运输阻力大幅下降,同样一匹马能够运输的物资重量达到原来的四倍。

PS 现代意义上的路基是工业革命后才出现的。而轨道交通在工业革命前就已经有了大量的应用。

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