[趣味科普] 高铁上竖着的硬币9分钟而不倒

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对于高铁运行的稳定性，我们可以从三个指标来考察。第一个指标是纵向稳定性，包括列车起停时、加减速时、匀速运行时的平稳性；第二个指标是横向稳定性，主要反应列车的左右摇摆；第三个指标是垂向稳定性，主要是反应列车的上下颠簸。应该说作为世界上标准最高的高铁线路与列车，CRH380系列在京沪高铁上行驶时，在这三个指标上都已经达到了一种极致，所以这位外国友人才能够立一枚硬币在高铁上9分钟而不倒，所以小朋友才能够在京沪高铁上自如地玩搭积木游戏。
我们先来看第一个指标，纵向稳定性。中国高铁运行稳定到什么水平呢，如果不是因为看到窗外的参照物在后退，经常会出现列车已经走出很远，你都没有发现的地步。正如视频中显示的，当列车稳稳地停在常州北站站台上时，那枚硬币依旧能够稳稳地立在那里（在进站前因为要变换轨道，硬币曾倒过，我说硬币不倒，是排除变轨这个因素，只是从时速300公里减速到0公里的过程）。
如果一定要说清楚这个问题，就涉及到两个概念。第一个概念是加速度（减速度），反映的是速度变化的快慢；第二概念叫加加速度（减减速度），反应的是加速度（减速度）变化的快慢。前一个的单位是米/秒2，后一个单位是米/秒3。而能够反映高速列车纵向平稳性的指标，就是加加速度或者减减速度，当然列车匀速运行时这个值肯定比较小，能够反映出列车纵向平稳性水平的就是在列车起步时或者停站时。
中国高铁运行为什么纵向平稳性能够这么高？原因就是中国高速列车的加加速度与减减速度都非常低？有多低？以中国中车旗下四方股份公司研制的CRH380A为例，它的加加速度和减减速度值要求必须小于0.75米/秒3。这个指标代表什么水平？在全球这个行业是顶尖的。
第二个指标是横向稳定性也就是左右晃动，第三个指标是垂向稳定性，也就是上下颠簸。在这两个指标上，中国的高铁列车控制得也非常严格。还是以CRH380A型高速动车组为例，在列车以时速300公里运行时，要求客室中部的横向最大加速度只有0.42米/秒2。
对于列车的纵向平稳性，起决定作用的，首当其冲的是列车，但是对于列车横向与垂向稳定性，起决定作用的却是高铁线路。中国不但拥有世界上第一流的高速列车，而且还拥有世界上超一流的高铁线路。我说超一流并不是夸张，京沪高铁就是世界上建设标准最高的高铁线路，没有之一。
就保证列车平稳运行方面而言，高铁线路首先要平直。所谓平直就是尽量采用直线或者大半径的圆曲线，不能有太多太急的弯道。如时速350公里的高铁要求线路的曲线半径一般要求不小 7000米，而京沪高铁的最小曲线半径是9000米，在非常困难的地方最小曲线半径也不低于7000米。而日本、欧洲的很多高铁线路最小曲线半径只有4000米左右。为了做到线路的平直，中国高速铁路建设大量采用桥梁，一方面可以节约土地征用，另一方面就是能够截弯取直。
第二要平顺，所以线路坡度不能太大，如京沪高铁最大坡度低于12‰，困难处最大坡度也不能高于20‰，所以中国的高铁线路多采用无砟轨道以及无缝钢轨。当然高铁线路还要严格控制沉降，这也是中国高铁建设热衷采用桥梁的原因之一。普通的填方路基是由特定 的填料（粘土、碎石土等）填筑而成的，这些填料填筑时是较为松散的，需要依靠机具压实到一定程度。但是由于填料本身的固有性质，即便是机具压实后，填土也会继续发生一定程度的固结沉降。而桥梁则不是，桥梁是建立在桩基之上的。根据地质情况不同，桩基的深度也不一样，一般要打到岩石层，有些深度达六七十米深。所以建立在桥梁之上的线路产生的沉降就很小。