Sept.
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灼见（*penetratingview)
作者 王标
自从中国航天科工爆出4000Km/h超级高铁计划之后，国内各大社交网站便炸开了锅。大家的观点无非两种：一、完全支持，二、不切实际。
那么从理论上讲，时速为4000Km/h的高铁到底靠不靠谱呢？
一、对4000Km/h速度的陌生：
大部分人其实对4000Km/h并没有什么概念，把这个速度和一些我们平时能感受到的速度进行对比：
4000Km/h=1111.11m/s
（1）声音再空气中传播速度约为340m/s（声音的速度的3.3倍）
（2）普通子弹速度300m/s（普通子弹速度的3.7倍）
（3）普通民航客机速度为900Km/h（普通客机速度的4.4倍）
（4）高铁动车最高时速350Km/h（高铁动车速度的11.4倍）
综上所述，超级高铁的速度非常的快，比飞机快、比子弹快、比声音快。
二、对高速的恐惧：
当人们意识到4000Km/h的概念之后，对高速度的恐惧随之而来。子弹能对人体造成致命伤害的一个重要原因就是它的高速冲击力。
举一个简单的例子：大家都知道，即使是一只非常小的小鸟，对于高速飞行的飞机来说都是致命的威胁。
在这里我们引入两个概念：
相对速度：运动是绝对的，静止是相对的，当我们描述一个物体的速度的时候，通常会选取一个参考系。以飞机为参考系，小鸟的速度可以达到250m/s（假设飞机900Km/h飞行）
动能：Ek=0.5mv2，运动的物体具有能量。假设这只小鸟的质量有0.5Kg，根据动能公式，小鸟的动能是0.5*500g*（250m/s）2=3125000J
而1KgTNT爆炸释放的能量是4200000J
公式：Ek=0.5mv2，随着速度增加，能量将会成平方形式增加。假如把上面的飞机换成超级高铁，已知小鸟与超级高铁迎面撞上，所产生的能量（假设动能完全转换成内能）：
Ek=0.5*500g*（1111.11m/s）2=308641358.025J（73KgTNT爆炸释放的能量）
需要注意的是，和超级高铁撞上的只是一只0.5Kg的小鸟，如此可见，超高速度的威力。如果超级高铁撞上的是一面非常坚固的墙面（比如一座山），那么场面会比把一个鸡蛋从10层楼扔下去还要惨烈。
所以，速度快有时候并不是一件非常好的事情，超高的运行速度给超级高铁的安全性打下了一个问号。
三、加速度和速度是否是问题？
我写这篇文章，就是想澄清9月1号灼见微信中关于超级高铁加速度和速度的一些“不正当言论”。表面上看，文章说的很有道理，一度引起了大家对于超级高铁的绝对怀疑，但是当我们拿起笔和纸自己算一算的时候，才发现，我们被这篇文章给忽悠了。我当时还在火车上，发现问题后立即写了一封邮件发给灼见君，灼见君也随即撤掉了那篇推送。我写这篇文章完全是应灼见君的邀请。
▼ 在火车上用纸笔算了一下
那篇文章里面有一些错误的观点我还记得很清楚。其中最主要的两个观点是：（1）加速度将会超过普通人的承受极限、（2）超高速将会把超级高铁甩出地球。
首先我们来看看超级高铁的加速度到底会不会超出人体极限。我们这里不讨论超人，只讨论普通人。当一个人处于加速度为1g的环境下，这个人的感受是背着一个和自己重量一样的人，这种环境会让大部分人感到难受，那么我们把这个加速度降到0.5g，背着一个相当于自己体重一半的人，大部分人还是能够承受的。
0.5g=5m/s2
假如加速度是0.5g，从初始速度0m/s到时速4000Km，所需要的时间是：
T=（1111.11m/s）/（5m/s2）=222.222s=3.7min
也就是说，乘客在0.5g加速度环境下，不到四分钟就可以到达超级高铁的最高时速，如果说，0.5g仍然让乘客感觉到不舒适，我们把加速时间调整到5min，所需要的加速度只有0.37g。所以说乘客完全不需要考虑加速度问题。
最后我们看一下，当超级高铁达到时速4000Km/h，会不会被地球甩出去呢？
其实，这一点更不用大家担心了，如果4000Km/h的高铁可以轻而易举逃离地球引力，那么科学家也不需要大费周章去研究各种火箭了。
地球表面的物体要想逃离地球，其速度需要达到第二宇宙速度：11.2Km/s。超级高铁的速度才1.1Km/s，所以大家完全不需要担心超级高铁被地球甩出去。
第一宇宙速度：航天器沿地球表面作圆周运动时必须具备的发射速度，也叫环绕速度。按照力学理论可以计算出V1=7.9公里/秒。航天器在距离地面表面数百公里以上的高空运行，天空对航天器引力比在地面时要小，故其速度也略小于V1。
第二宇宙速度：当航天器超过第一宇宙速度V1达到一定值时，它就会脱离地球的引力场而成为围绕太阳运行的人造行星，这个速度就叫做第二宇宙速度，亦称脱离速度。按照力学理论可以计算出第二宇宙速度V2=11.2公里/秒。
第三宇宙速度：从地球表面发射航天器，飞出太阳系，到浩瀚的银河系中漫游所需要的最小发射速度，就叫做第三宇宙速度。按照力学理论可以计算出第三宇宙速度V3=16.7公里/秒。
综上所述，超级高铁存在理论上的可能，最终实现还需要技术的不断发展。
—THE END—
☀作者：王标，中国地质大学（武汉）地质学国家理科基地班。
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