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A. 铁路的起源与发展

火车与铁轨

今天我们已经习惯于将铁路看作是最古老的一种交通方式。不过很少有人知道，火车的出现所依据的两个发明，在很早的时候就已经被人们所知并加以利用了。早在古希腊和古罗马时代，当时的人们就已经开始修建道路，并利用轨道和人力或者马拉的车辆来运输物品。但是，这一出色的发明却在中世纪被人们所忘记。直到16世纪末，沿着轨道前进的车辆才再次被用于在煤矿中运输煤炭。当时，这些车辆的轮子和轨道已经用木头包着铁皮来制作了。

到了18世纪，蒸汽机出现了，并被广泛应用在工业中。但是在交通运输中，蒸汽机和铁轨仍然被人们分别单独利用了很多年。当两者终于在某一天结合在一起时，铁路就出现了。

蒸汽机车

蒸汽机车的出现有着长长的历史，其中充满了天才的想法和失败的应用。在18世纪末和19世纪初，许多出色的人物试图将蒸汽机用在车辆上（始作俑者是1763年的法国炮兵军官尼古拉。约瑟夫。屈尼奥），还有人曾经试图让蒸汽机车在铁轨上运行（1801和1803年英国人理查德。特莱维特奇克就做了这样的试验），但最后是英国人乔治。斯蒂芬森首先发明了真正实用的蒸汽机车。乔治。斯蒂芬森1781年出生在纽卡斯尔。他在1814年制造出被称为“半统靴”的蒸汽机车，是后来所有蒸汽机车的原型。

铁路的延伸

在第一台蒸汽机车发明之后，火车的历史就主要转变成了铁路扩张的历史。在很多年中，用蒸汽机车带动的车厢缺乏可以运行的轨道。第一条用来运载乘客的铁路，是斯蒂芬森在英国毕晓普克兰建成的，全长只有17公里。但是，铁路并没有立即进入它的扩张时代。针对斯蒂芬森的发明，反对进步的守旧派们发起了他们典型的攻击。他们批评说，这个巨大的邪恶机器将给人类和动物带来死亡，并且会破坏美丽的田园风光。不过，铁路最终占了上风。1830年9月15日，从曼彻斯特到利物浦的铁路建成通车。这被认为是历史上第一条真正的铁路。从那以来，铁路一直在飞速而持久地发展着。诸如桥梁、高架桥和隧道等各种巨大的工程将铁轨带到了世界的各个地方。

电气列车

首先产生这个想法的是德国工程师和工业家维尔纳。冯。西门子，他在1881年建造了第一条电气铁路。在最初的试验中，机车用的电流直接通过铁轨传输。随后才发明了架空电缆来提供电力，这种方式要安全得多，并且可以用较少的变电站来为机车提供足够的电力。这一系统随后也被应用到地铁和城市轻轨列车中。

1870年，第一条城市列车（也就是地铁）在伦敦正式开始运行，当时使用的是蒸汽机车。20年以后，第一条电力地铁终于建成了。随后，几乎所有的地面和地下铁路都逐渐实现了电气化，蒸汽机车也渐渐退出了历史舞台。

传奇的“火箭”

1826年，在克服了巨大的阻力之后，建设从曼彻斯特到利物浦的铁路的提案终于在英国国会获得通过。为了选择这条铁路使用的火车机车，英国政府向社会进行公开招标。结果这次招标成了一场备受热情的公众关注的竞赛。1829年10月，在莱因希尔附近的铁轨上，来自四家火车头制造商的机车进行了公开比赛。最终，乔治。斯蒂芬森制造的“火箭”机车战胜了其他竞争对手。“火箭列车”顺利地完成了各种上情况下的运行，并达到了创纪录的57公里的时速。从那以后，“火箭”机车成为世界上最为广泛使用的火车机车。

刹车系统

大约在1767年发明的刹车完全不需要理由。减缓高速行驶车辆的速度，是现代社会最自然的要求。从它被发明出来那天起，刹车系统都是一个对轮子进行摩擦作用来减速的装置，只不过随着时间的推移逐渐完善。刹车装置中最重要的发明来自英国人乔治。威斯汀豪斯，他发明了压缩空气刹车装置。在此之前，刹车都是用手来进行操作。有了这一发明，气缸和活塞的力量就代替了人力。更有效的刹车使得火车的速度大幅度提高，因为它提供了更加安全的保障。

磁悬浮列车

这种火车的时速可以达到550公里，并且在铁轨以上几厘米的地方运行。它的秘密就在于铁轨和车厢上安装的超导磁铁。从上个世纪70年代开始，德国和日本研究这一系统并已经接近实用，这种列车将有望代替目前在欧洲行驶的高速列车。

与常规的动力来自于机车头的火车不同，磁悬浮列车的动力来自于铁轨。磁悬浮列车的动力装置，一部分是在铁轨上。列车车身上的磁铁使车身悬浮于铁轨之上，而铁轨上的磁铁则给予车身上的磁铁一个斥力推动车身前进。通过调节通过磁铁的电流强度，可以方便地改变列车的速度。预计将来实用型的磁悬浮列车每列有130到220个座位，运行时速在300到500公里。

磁悬浮列车速度的纪录目前是由日本的MLX01型创造的。1998年，这种列车的运行时速达到了550公里。在此之前，磁悬浮列车的速度纪录是法国的TGV型列车创造的，时速为515公里。MLX01型列车使用的是由液压操纵的空气动力刹车系统。这有三个车厢，每个车厢有30到41个座位。两头是两个为了减少空气阻力而精心设计的流线型头部。这种列车起初用轮子行驶，时速达到100公里以上才开始在轨道上“飘浮”，由磁铁驱动前进。

水下火车

1994年，人们一直以来所拥有的通过海底将英国和法国联系在一起的梦想终于成为现实。目前，英法海底隧道运行法国TGV这样的客运列车，也运行Shuttie I型这样有28个双层车厢、可以运载140辆汽车的渡船式列车。在隧道中，它们的时速可以达到140公里。

事实上，连接英国福克斯通和法国加来的欧洲隧道并不是一条而是三条。两条隧道用于双向通车，第三条小一些的隧道用于维护工作并作为安全出口。一旦发生紧急情况，乘客可以从通车的隧道中每隔375米就有一个的安全出口逃生。隧道消防员也在这第三条隧道中工作，他们使用安装有与中央计算机相连的烟幕感应器的消防车。

两条用于通车的隧道每条长50公里，直径6.7米。隧道中密布着电话线以及将中央计算机与各种设施连接在一起的光缆。由于隧道的大部分都处在海面以下100米的深处，最糟糕的事情就是发生火灾。每条隧道中都有一套完善的灭火系统。在英国福克斯通车站，控制大厅中的工作人员通过计算机网络监控着隧道所有的关键部位。