王海博
摘 要：近年来，我国在现代科学技术研发领域取得了舉世瞩目的成就，并已经转化为实际生产力，其中，以轨道交通最为突出。本文从高中生的视角探究轨道交通方面所应用的物理知识，通过举例加以分析，以期高中生加深对高中物理知识的了解。
关键词：高中 物理知识 轨道交通 应用
中图分类号：G63 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）09（c）-0220-02
轨道交通技术水平是一个国家综合实力的重要表现。在过去较长的一段时间里，我国在轨道交通技术方面与欧美发达国家之间存在巨大的差距，然而，改革开放以来，这一差距正在逐渐缩小，甚至在某些方面我国已经处于领先位置。轨道交通技术涉及内容较为复杂，其中基础物理知识在其中有着较为广泛的应用，如高铁转弯处的轨底坡角度选择、轨道裂隙检测等。
1 高速铁路的轨底坡角度选择
高速铁路轨道因施工的实际情况不同，多数无法直线铺设，在此情况下，需要在选定地点进行不同角度的线路调整。高速行进的列车在转向过程中必然会产生离心力，这不仅会威胁列车的安全，还会影响铁路轨道的使用寿命。因此，在保证列车速度的基础上，如何处理转弯过程中的离心力就成为高速铁路发展的关键问题。
在高中物理学中，离心力与速度、转向半径有着直接关系。根据高速铁路的设计时速，可以调整转弯半径，由此产生的离心力F1与通过抬高转弯半径外侧铁轨高度产生的重力G和Fn的合力F2相抵消，如图1所示。
只有在F1与F2相等时，高速列车在转弯过程中才能够保持最佳状态，同时不会对铁路轨道造成损害。根据离心力计算公式F=m·V2/r，在速度V和转弯半径一定的情况下，根据力的矢量合成原理，需要通过倾斜的轨道提供一个与离心力大小相等、方向相反的力，这就是F2。根据图1中的矢量关系F2=Gtanθ，其中，G为已知量，由于F2=F1=F，则m·V2/r=Gtanθ=G·h/L，最终求得h= （mLV2）/rG。
维护保养高速铁路轨道时，为确保轨底坡高度的精确，多数采用轨底坡测量仪进行检测，避免因轨道倾角变化带来的潜在风险。
2 轨道裂隙检测
任何一种轨道都存在金属疲劳特性，在长时间的高强度工作状态下，地铁、高铁、有轨电车等交通工具轨道都会出现不同程度的裂隙，如果发现不及时，极易导致重大交通事故，进而威胁人们的生命、财产安全。针对这一情况，研究人员设计了一种高速轨道裂隙检测工具，其中就应用了高中物理中电磁学知识。
电磁波在空气中的传播速度与光速相同，为299792458m/s，约等于3×108m/s。研究人员根据雷达原理，将一部双工雷达安装在轨道检测车上，向轨道持续发射电磁波，并接收轨道反射回来的电磁波。轨道检测车可以根据反射回来的电磁波的相位特征绘制轨道状态图谱，从而判断所测轨道是否存在裂隙。
在轨道裂隙检测车的设备组成中，惯性测量装置十分重要。确定裂隙点的准确位置，除可以借助GPS定位以外，对于具有特殊用途的轨道还需要惯性测量装置，它依靠惯性元器件定位，主要由惯性元器件包括方位陀螺仪、加速度计构成。在已知起始点的情况下，惯性元器件分析方位陀螺仪提供的角度分量和加速度计输出数值，准确定位该轨道裂隙检测车在某一时刻的位置，这大大缩短了处理轨道裂隙所需时间。
但是基于电磁波的轨道裂隙检测装置对空间电磁环境的纯净度要求较高。提高轨道裂隙检测的精度，应当慎重选择电磁波的频率，避免受外界电磁干扰。
3 磁悬浮铁路的动力来源
磁悬浮铁路利用电磁感应原理，在列车与轨道之间留出一定的间隙，这起到消除摩擦力的作用，从而提高运行速度。磁悬浮列车的动力来源可以应用高中物理知识电磁感应知识进行解释。
磁铁同性相斥、异性相吸。在磁悬浮列车的底部按照一定的间隔排列好磁极顺序相同的永磁体，在两条轨道铺设反作用板和感应钢板，从而磁化反作用板和感应钢板，在向上托举磁悬浮列车的同时，推动磁悬浮列车前进。通过调节电流大小，可以控制磁场强度，进而达到控制磁悬浮列车速度的目的。
4 结语
高中物理知识在轨道交通方面的应用并不局限于以上几个方面。物理是基础科学的重要组成部分，我们应该重视这一学科，认真学习理论知识，善于从生活中发现并分析物理知识，从而培养自身的综合素质。
参考文献
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