摘要：物理作為傳統(tǒng)學(xué)科在高中學(xué)科體系中有著極為重要的地位，高中物理知識來源于生活，相關(guān)理論知識的研究最終又回歸于生活。因此，在學(xué)習(xí)高中物理知識的過程中，應(yīng)當(dāng)與其在生活中的實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合。本文以高鐵中的物理知識為研究內(nèi)容，對高鐵機(jī)械施工、運(yùn)營過程中的物理知識進(jìn)行舉例分析，以加深人們對于高鐵中的物理知識的認(rèn)識。

關(guān)鍵詞：高鐵 高中 物理知識

近年來，我國高鐵的發(fā)展速度取得了舉世矚目的成就，尤其是近幾年來，新的高鐵線路的大量開通，解決了人們長期面臨的出行問題。作為一名高中生，通過研究高鐵建設(shè)施工、運(yùn)營過程中的相關(guān)內(nèi)容，可以從中發(fā)現(xiàn)大量的高中物理知識，如隧道施工過程中的精度控制、高鐵運(yùn)營過程中的軌道裂隙檢測、高鐵軌道傾角設(shè)計等。

一、隧道施工過程中的精度控制

科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步改變了傳統(tǒng)隧道施工方式，盾構(gòu)機(jī)的使用大大加快了掘進(jìn)速度，也使得施工精度明顯提高。隧道施工過程中的精度控制，主要依靠的是盾構(gòu)機(jī)中的慣性測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)由陀螺儀、加速度計和高速計算機(jī)組成，在預(yù)置盾構(gòu)機(jī)的起始位置以及將隧道掘進(jìn)路線輸入慣性測量系統(tǒng)計算機(jī)之后，慣性測量系統(tǒng)根據(jù)掘進(jìn)過程中的位置、姿態(tài)參數(shù)變化，調(diào)整盾構(gòu)機(jī)的前進(jìn)方向，以確保隧道掘進(jìn)線路與預(yù)置方案一致。

該系統(tǒng)各組成單元與高中物理學(xué)知識相關(guān)的，主要為陀螺儀單元和加速度計單元，其作用如下：

盾構(gòu)機(jī)所使用的陀螺儀多為光學(xué)陀螺儀，通過三個在垂直方向上安裝的光學(xué)陀螺儀，感知盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)變化，在盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)變化的過程中，光學(xué)陀螺儀內(nèi)部的兩條光束所形成的相位差會進(jìn)行矢量累積，進(jìn)而表現(xiàn)在不同方向上的姿態(tài)變化情況。

加速度計的作用則是測量盾構(gòu)機(jī)在不同姿態(tài)下的加速度變化情況，對盾構(gòu)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的三個垂直方向上的加速度矢量進(jìn)行疊加，在計算機(jī)內(nèi)進(jìn)行連續(xù)積分后可以得出其最終位置。其中，在計算加速度在三個位置上的垂直分量時，角度關(guān)系則由光學(xué)陀螺儀感知。由此可以看出，在慣性測量系統(tǒng)中，其中獲取的參量信息主要為大小、方向，相關(guān)參數(shù)的分析則為矢量分析。

二、高鐵運(yùn)營過程中的高中物理知識

與其它類型交通運(yùn)輸方式不同，高鐵是目前我國最快的地面交通運(yùn)輸工具，以最新投入運(yùn)行的“復(fù)興號”列車為例，其速度已經(jīng)超過350km/h。如此高的運(yùn)行速度，為保證高速鐵路的安全運(yùn)營，則需要構(gòu)建嚴(yán)密的安全保障體系，其中就能夠體現(xiàn)出高中所學(xué)的物理知識。

（一）軌道裂隙檢測

目前，我國高速鐵路已經(jīng)普遍采用了無縫鋼軌技術(shù)，但是，任何金屬在長時間的使用下都會出現(xiàn)一定的損壞，尤其是在較為惡劣的情況下，鋼軌出現(xiàn)裂隙的可能性將大大增加，如不及時發(fā)現(xiàn)鋼軌裂隙，將導(dǎo)致高速行駛的列車出軌，造成嚴(yán)重的人員生命威脅和財產(chǎn)損失。

為解決這一問題，鐵路管理部門會定期對軌道進(jìn)行裂隙檢測，其中就用到了高中電磁學(xué)的相關(guān)知識。在檢測車底部的固定位置安裝電磁信號發(fā)生器，在檢測車快速行駛的過程中，其發(fā)出的電磁波在鐵軌上會形成反射波，如果有裂隙存在，電磁信號接收器所收到的反射波將存在時間差，根據(jù)圖譜繪制過程中時間差的存在周期，并結(jié)合電磁波的傳播速度、電磁信號發(fā)生器與接收器的安裝位置，就可以大致計算出軌道裂隙的大小，從而為軌道的進(jìn)一步維護(hù)提供依據(jù)。

（二）高速列車限速的真正原因

眾所周知，高速列車的外形設(shè)計是流線型的，盡管，這種流線型的設(shè)計能夠有效降低風(fēng)阻，但是，當(dāng)車速到達(dá)一定數(shù)值時，會帶來一定的安全隱患，具體如下圖所示：

由圖1我們可以看出，高速列車在行駛的過程中，車頭前方的空氣分別從車頭頂部和車底部經(jīng)過，流線型的設(shè)計會導(dǎo)致高速列車頂部空氣的流動速度與底部的空氣流動速度不同，進(jìn)而導(dǎo)致高速列車頭部受到明顯向上的力F的作用。當(dāng)高速列車的速度達(dá)到一定數(shù)值時，車頭底部的車輪與鐵軌的摩擦力會為零，這將帶來巨大的安全隱患。因此，在高速列車的運(yùn)行過程中，如果遇到正面風(fēng)速較大的情況時，需要適當(dāng)降低車速，以保證高速列車的相對速度保持在限值以下，避免發(fā)生危險。

（三）高鐵站臺上的安全黃線

在乘坐鐵路運(yùn)輸交通工具時我們可以發(fā)現(xiàn)，高鐵與普通列車的區(qū)別并不僅僅體現(xiàn)在外觀、內(nèi)飾、價格、速度等方面，高鐵站臺上的安全黃線也有著一定的區(qū)別。高鐵站臺上的安全黃線與站臺邊緣的距離要明顯大于普通列車站臺安全黃線與站臺邊緣的距離，其原因能夠用高中物理知識進(jìn)行解釋。

對于高速運(yùn)行的物體，其周圍空氣被壓縮，靠近高速運(yùn)行物體一側(cè)的大氣壓強(qiáng)會明顯降低，而外側(cè)大氣壓強(qiáng)較高，在氣壓的作用下，將對周圍物體產(chǎn)生一個垂直于高速物體運(yùn)行方向上的推力。物體運(yùn)行速度越快，所形成的氣壓差也就越大，為保證高速鐵路站臺人員的安全，則要求安全黃線距站臺邊緣的距離增加，同時對于過站的高鐵，則要求減速行駛，避免其在高速通過時對站臺乘客造成威脅。

三、結(jié)語

作為我國科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平的代表，高速鐵路不僅推動了我國傳統(tǒng)交通運(yùn)輸體系的改革，而且驗證了“科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力”這一偉大思想。作為高中生的我們，應(yīng)當(dāng)善于發(fā)現(xiàn)高鐵中所涉及到的物理知識，并能夠利用自身所掌握的物理知識加以分析，理論與實(shí)踐相結(jié)合，促進(jìn)個人物理知識體系的不斷完善。

參考文獻(xiàn)：

[1]王春凱.盾構(gòu)姿態(tài)控制研究[J].隧道建設(shè)，2016，（11）.

[2]小野重亮，沼倉明夫，尾高達(dá)男，等.高速軌道檢查技術(shù)[J].中國鐵路，2006，（09）.

[3]應(yīng)立軍，賈文強(qiáng).新型軌道靜態(tài)幾何參數(shù)檢測儀的研制及應(yīng)用[J].計算機(jī)測量與控制，2007，（02）.

（作者簡介：劉祺，哈爾濱市第三中學(xué)群力校區(qū)，高中學(xué)歷。）