在清明假期開始前一天、也就是4月2號的中午，小編結束了上午的工作，打開手機準備沖浪時，看到了一則讓人沉痛的消息：臺鐵一趟載有大約350人的列車“太魯閣”號在進隧道時，和滑落的工程車迎面撞擊，至少4人已無生命征象。等到小編晚上再看相關報道時，最新消息已經變成“事故已造成至少54人死亡”。

圖源 微博

在瀏覽相關新聞時，小編注意到，許多人在分析這場事故的相關原因時，都會提到“太魯閣”號列車是一趟擺式列車，而臺灣在2018年發生脫軌事件的普悠瑪號列車也是一款擺式列車。小編進一步搜索后發現，盡管擺式列車在其他國家以及中國臺灣地區應用廣泛，比如西班牙的Talgo、瑞士的ICN擺式列車等等，但擺式列車在我國大陸地區卻十分罕見，僅在廣深鐵路上運行過一列從瑞典引進的X2000擺式列車，并在2007年便已停運。

臺灣的太魯閣號（右）和普悠瑪號（左） 圖源?微博

如果你不是一個火車愛好者，那你想必和此時的小編一樣，小小的腦袋里裝滿了大大的疑問：什么是擺式列車？相比普通列車，擺式列車有什么優缺點？為什么我們國家只有臺灣省運營擺式列車呢？

列車怎么轉彎

在介紹擺式列車之前，我們首先得明白它是如何轉彎的；而要說明列車的轉彎原理，就不得不順帶一提汽車的轉彎原理（額外補充的知識點，不要錢！）。

眾所周知，汽車通過方向盤來控制前輪偏轉從而實現對方向的操控；但這個答案并不完備，汽車想要實現轉彎，離不開一個關鍵的部件：差速器。

圖源?網絡

汽車轉彎時，一個車軸兩端車輪行駛的路程是不一樣的——外側輪子走的軌跡半徑要比內側輪子的軌跡半徑大，因此它們會有不同的轉速來彌補距離的差異。而差速器，顧名思義，就是在汽車轉彎行駛時、調整左右輪的轉速差、保證兩側的驅動車輪做轉速不同的純滾動運動的裝置。

如果你對列車略有了解，那你肯定知道列車并沒有方向盤；在沒有方向盤操縱的情況下，列車如何轉彎呢？有人會說了，靠它底下鋪設的鐵軌，鐵軌怎么走，列車怎么跑。

但這個答案也不完整，因為它沒有解決列車所面臨的和汽車一樣的問題：如何實現內外側車輪行程不一樣？答案就是列車的車輪。如果你觀察過一列靜止的列車，或許能發現它的車輪并不是一個標準的圓柱形，相比圓柱，列車的車輪更像一個半圓錐。我們通常把車輪上和鐵軌接觸的部分叫做踏面，隨著車輪踏面和鐵軌的接觸位置變化，車輪的滾動半徑從內（靠近車軸的方向視作內）到外逐漸變小。當列車通過彎道時，向心力使得外側（行駛路程更長的一側）車輪踏面和鐵軌的接觸位置在車輪半徑較大的位置，內側車輪則以較小半徑在內軌上滾動，這樣便可以解決內外輪滾動距離不同的問題了。

圖源?參考資料[1]

當然，如果你學過高中物理人教版必修二第五章，那你肯定知道列車在轉彎過程中還需要一個向心力。于是我們再仔細觀察一遍列車的車輪，發現它除了半徑逐漸變化外，車輪的內側（此處依舊將靠近車軸的方向視作內）還有一部分突出的輪緣，它除了在彎道上起到引導輪對（車輪和車軸所組成的結構）通過曲線的作用外，還為列車提供一部分向心力。為了避免輪緣提供全部向心力從而導致的輪軌過度磨損以及隨之而來的安全隱患，我們會發現在轉彎處，鐵軌的外側會加高一部分，使得列車發生傾斜；此時，列車重力和鐵軌支持力的合力為列車的轉彎提供了一部分向心力，使得列車成功轉向。

圖源?參考資料[2]

什么是擺式列車

在不改變鐵路曲線半徑的情況下，如果想要提高列車在轉彎時的行駛速度，就要增加車輛所受到的向心力。在看完了上面的內容后，也許你會脫口而出：那就增高外側鐵軌的高度唄。但是這種方法只適用于列車速度不是很快的情況下，當列車高速運行時，車輛以過高的速度駛過急彎，外軌超高會增大側翻的可能性、影響列車的安全。

所以鐵路想要實現高速一般有兩種途徑：第一種是通過建設新的高標準線路或者大規模改造既有線路，加大鐵路軌道的曲線半徑，發展新型高速列車，比如中國的CRH系列高速列車；另一種是在現有的線路下，通過改善車輛本身的性能，提高列車在彎道處的速度，在這樣的思路下，擺式列車應運而生。

傾斜過彎的JR北海道283系列車 圖源?維基

所謂擺式列車，就是通過傾擺系統使列車在通過曲線時、使得車體向曲線內側方向傾擺一定的角度，這樣相當于增加了一部分外軌超高；在列車以更高的速度通過曲線時，車體的重力加速度橫向分量可以平衡更大的離心加速度。因此，相較于普通列車，擺式列車通過一般彎道時會以較快速度行駛，可以節省行駛時間。

擺式列車可以分為靠慣性使車體自行傾斜的被動擺式，以及利用感測器檢測向心力大小、再透過電動或油壓等方式強制使車體主動傾斜的主動擺式。前者主要是由日本于國鐵時代所研發并加以實用化，而后者主要是由歐洲方面所主導，其中又以意大利所開發的擺式列車最為成功與普及。

圖源?參考資料[3]

傳統車輛以速度v通過半徑為R的曲線時，旅客所承受的離心加速度為

其中，a是未平衡離心加速度，v是列車的曲線通過速度，R是曲線半徑，g是重力加速度，h是外軌超高，s是左右車輪踏面的橫向跨距。而當擺式列車傾擺一定角度、使得列車再增加高度H后，旅客所受到的未平衡離心加速度為

可以看到，擺式列車通過車體傾斜，減小了車體的未平衡離心加速度。因此當傳統列車和擺式列車具有相同的未平衡離心加速度時，擺式列車的曲線通過速度要更高；而旅客承受的離心加速度和乘坐舒適度密切相關，所以在相同的車輛運行速度下，由于擺式列車的旅客所承受的離心加速度更小，他們的乘坐舒適度更高。

?為什么大陸少見擺式列車

許多國家選擇擺式列車，一方面是因為沒有空間建設新線路，比如英國多數的鐵路都是早年車速甚低的時候建造，而這些線路現在都變成了建筑密集的地區，要重建比較困難，意大利則是因為多山，線路必然多彎，所以也選擇擺式列車；另一方面是因為大面積興建新線的成本較高，對于一些經濟不發達、人口不稠密的地方來說不太經濟。但是對于中國而言，這些都不是問題，中國：A過去就完事兒。而且擺式列車的提速余地有限，以及線路的維修成本遠大于普通車，并且客貨混跑的情況下提高客車速度會增加調度火車的難度，基于種種原因，擺式列車在我國大陸地區并沒有得到大力發展。（而且高鐵不香嗎

中國高鐵CRH2C&CRH3C 圖源?維基

如同某乎下一位高贊答主所說，一場事故，很少由單個因素構成。除了滑落的工程車以外，其他的因素是否也造成了這場災難的發生，我們不得而知，但肯定的是，沒有人愿意看到這樣沉痛的事故再一次發生。

清明：愿逝者安息！

參考資料

[1]Train wheel science.

[2]Hay, William W.?Railroad engineering. Vol. 1. John Wiley & Sons, 1982.

[3]張志波. 電動擺式列車關鍵技術研究[D].西南交通大學,2012.

[4]知乎：擺式列車（一）

[5]臺鐵列車疑因撞上工程車脫軌，已致51人死亡，目前救援情況如何？

編輯：fengyao

我們是誰：

MatheMagician，中文“數學魔術師”，原指用數學設計魔術的魔術師和數學家。既取其用數學來變魔術的本義，也取像魔術一樣玩數學的意思。文章內容涵蓋互聯網，計算機，統計，算法，NLP等前沿的數學及應用領域；也包括魔術思想，流程鑒賞等魔術內容；以及結合二者的數學魔術分享，還有一些思辨性的談天說地的隨筆。希望你能和我一起，既能感性思考又保持理性思維，享受人生樂趣。歡迎掃碼關注和在文末或公眾號留言與我交流！

掃描二維碼

關注更多精彩

袁亞湘院士上《開講啦》變數學魔術啦！

Si Stebbins Stack中的數學與魔術（七）——魔術《周而復始的世界》續集

如果道具不能檢查，那就毀了它！（二）——一般道具篇

利息淺談（七）——萬物皆投資

約瑟夫問題與魔術（十）——魔術《完全控制》

點擊閱讀原文，往期精彩不錯過！

總結

以上是生活随笔為你收集整理的道理我都懂，但是这种列车为什么会自己摆动?的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網站內容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。