通过危险的桥

儒勒•凡尔纳在他的小说《八十天环游地球》中描写了一件如何脱离紧急危险的事件。在美国落基山附近有一座铁路吊桥，由于桥的支架已经破损，桥随时都有坍塌的危险。但是勇敢无畏的火车司机却决定把载满旅客的列车从桥上开过去。

“——但是这座桥会坍塌掉！”

“——没关系，只要火车开足马力全速行驶，我们就有可能冲过桥去。”

于是火车以难以想象的速度向前疾驰，活塞每秒钟运动达20次，车轴摩擦冒着浓烟，火车就好像没有碰到铁轨一样，重量完全被速度抵消了，火车向桥上驶去，火车经桥上越过抵达了对岸，但是就在火车刚刚驶过大桥的一瞬间，桥就轰然坍塌掉入河中了。

这段故事是否是可信的呢？重量真的可以被速度抵消吗？我们都知道，当火车疾驰时铁路路基所受到的冲击要比火车慢行时大得多，在路基状况较差的地段一般都会规定要缓慢行驶。但在这个故事里却恰恰是利用火车疾驰来解决困难，这可能吗？

这本小说里描写的情况是有道理的，在特定的条件下，哪怕火车下面的桥梁正在坍塌，火车仍然可以避免坠毁。关键在于，火车必须在极短的时间内迅速驶过桥去。在这个极短的瞬间，桥梁根本还来不及坍塌……下面我们作一个大致的计算，如果载满旅客的列车的发动机主动轮直径是1.3米，活塞每秒运动20次，这可以使主动轮每秒钟转动10周，即车轮每秒钟可以走出3.14×1.3×10≈41米，这就是火车每秒钟的速度，山里的河水大概不会太宽，假定桥的长度是10米，这就意味着，火车以这样的速度只需1/4秒的时间就可以通过桥梁。因此，即使桥梁在最初的瞬间就开始断裂，它断裂的一端在1/4秒的时间内只来得及下落：

1/2gt²=1/2×9.8×1/16≈0.3米

这也就是说下落30厘米，桥并非是两端一起断裂的，火车驶入的一端先断裂，当这一部分开始下落最初的几厘米的时候，桥的另一端却仍然和河岸连接着，因此火车来得及在这一端断裂之前驶到对岸。对小说家的形象描述——“重量被速度抵消了”，应作这样的理解。

这个故事中不真实的成分就是“活塞每秒钟运动20次”，这可以产生将近每小时150千米的速度，在那个时代，火车怎么可能达到如此高的速度？

还应指出，人们在滑冰时也会遇到类似的情景，他们可以冒险很快滑过薄薄的冰面，而如果他们缓慢地滑过，这个冰面就注定会破裂。还应该注意到，上面所说的“重量被速度抵消了”也适用于拱形桥面上的运动，此时桥上运动物体速度的增加可以减轻物体对桥梁的压力。