题目
【填空题】曲线外轨超高量的计算公式是: ()
【填空题】曲线外轨超高量的计算公式是: ()
题目解答
答案
h=11.8V 2 /R
解析
考查要点:本题主要考查铁路工程中曲线外轨超高计算公式的记忆与理解,涉及圆周运动的向心力平衡原理。
解题核心思路:
曲线外轨超高的作用是通过重力分力提供向心力,减少轮轨间的侧向压力。公式推导需结合速度、半径与几何关系,并注意单位换算(速度常用km/h,半径用米,结果用毫米)。
破题关键点:
- 受力分析:外轨超高的高度h使火车转弯时,重力与支持力的合力提供向心力。
- 几何关系:利用三角函数将物理量关联,结合单位换算得到最终系数。
公式推导过程:
- 向心力需求:向心力公式为 $F = \frac{mV^2}{R}$($V$为转弯速度,$R$为曲线半径)。
- 重力分力提供向心力:超高的高度h使轨道倾斜,重力分力 $mg \cdot \frac{h}{R}$ 与向心力平衡,即:
$\frac{mV^2}{R} = mg \cdot \frac{h}{R}$ - 消去质量m:两边消去$m$并整理得:
$h = \frac{V^2}{g}$ - 单位换算:
- 若$V$单位为km/h,需转换为m/s:$V_{\text{m/s}} = \frac{V_{\text{km/h}}}{3.6}$。
- 代入公式并整理,最终系数为 $\frac{1}{3.6^2 \cdot 9.8} \approx 0.0113$,转换为毫米后得:
$h = 11.8 \cdot \frac{V^2}{R}$
结论:公式为 $h = \frac{11.8V^2}{R}$,其中$V$单位为km/h,$R$单位为米,$h$单位为毫米。