世界上第一辆蒸汽机车
随着瓦特蒸汽机的问世,第一次工业革命迅速展开。这时,动力问题解决了,但由于各行各业都在发展,对材料和燃料的需求量大增。于是,运输的难题又摆在人们面前。
传统的马车运输,由于其速度低、成本高、运量有限,已远远不能满足大工业生产的需要。新的交通工具呼之欲出。在18世纪末到19世纪初的几十年里,许多人投身研制蒸汽动力机车,其中著名的就有耶维安、斯敏顿、莫多克等人。他们研制的蒸汽机车由于有太多的缺点和不足,根本就没有实用价值。最后,研制出具有实用价值、方便快捷、性能稳定的蒸汽机车的历史重任落到了史蒂芬孙肩上。
乔治·史蒂芬孙,1781年出生于英国的一个矿工家庭。贫寒的家境使他根本就没机会接受教育。从8岁起,他便开始放牛贴补家用,一干就是6年。别的孩子还在玩耍时,小乔治已过早地挑起家庭的重担。在别的孩子快要进入花季的年龄,史蒂芬孙却进入了一家煤矿,当了一名见习司炉工,过早地品尝了生活的滋味。但史蒂芬孙毫不为自己出身的卑微而消沉,而是积极地投入到本职工作中去,夜以继日地学习机械、制图方面的知识,并付诸实践,很快成长为一名机械修理工、机械师,最终成为蒸汽机方面的权威。
1813年的蒸汽机车,它用蒸汽作为动力。
1807以后,史蒂芬孙开始研究、改造耶维安等人设计制造的蒸汽机车:首先,把笨重的立式锅炉改成轻便美观、更实用的卧式锅炉;其次,为蒸汽机车设计了轨道,这种轨道与传统的马拉车铁轨有所不同,他在两条路轨间加装了一条有齿的轨道,目的是防滑;再次,史蒂芬孙将车轮内侧加上了轮缘,可以有效防止出轨。经过一系列努力,史蒂芬孙终于在1814年设计制造了一辆全新的蒸汽机车,取名“布鲁克”。它形态粗笨,自重5吨,最打眼的是车头上的巨大飞轮。在第一次试车中,“布鲁克”牵引重为30吨的8节车厢以7千米的时速行驶。尽管这比以前的机车已大有进步,但仍因为其丑陋、漏气、缓震性能差、易坏等缺陷受到人们的讥讽:“喂,史蒂芬孙先生,你那个丑家伙是妖怪,还是魔王,把我们的牛都吓惊啦,你小心从上面掉下来摔着!”史蒂芬孙对此一言不发,他要用事实来回答他们。
乔治·史蒂芬孙花了10余年时间终于完成了对“布鲁克”的改造,于1825年制成了“旅行者”号蒸汽机车,并于当年的9月27日在达林顿至斯托克铁路上试车。那天,斯托克镇人山人海,大家都要亲眼看见“旅行者”号是怎样拖动6节煤车和20节客车的。机车在预定时刻开动了,它不负众望,毫不费力地拖动450名乘客和90吨煤,以时速24.1千米的高速,驶向达林顿车站。试车圆满成功,从此人类运输史上的机车也驶向了新纪元。
这是当时世界上最为先进的蒸汽驱动的机车,它在当时具有速度快、牵引力大等优点。很快这种型号的机车便在欧美各国普及开来了。
随着性能优良的史蒂芬孙机车问世,人们很快发现铁路运输的优越性:运费低、速度快、运量大,尤其适用于大宗货物。于是,大规模修建铁路席卷英国,后来又波及美国,继而又波及其他欧美主要国家,蒸汽机车的发明大大加快了西方主要国家工业进程,世界格局也由此发生着日新月异的变化。
磁悬浮列车
任何事物的发展都是从无到有,从低级到高级的过程。从史蒂芬孙的蒸汽机车到今天时速达到200~300千米的高速铁路,已经是一个不小的飞跃。但人们仍不满足,科学家研究发现,钢轨和钢轮是阻碍火车进一步提速的障碍。可是火车没有轮子和钢轨还能走吗?答案是能。既然两块同性的磁铁能够互相排斥,而不靠近,那么列车本身若是跟路面也存在这种斥力,且足够大,不就可以脱离轨道和地面,在空中滞留吗?再加以推动力,列车就可以悬浮前进。如此一来,既摆脱了车轮与轨道的摩擦力,又消除了轮、轨之间摩擦形成的噪音。这种列车叫作磁悬浮列车,时速可达500千米以上。
很快,火车取代了马车,成为陆上最主要的交通工具。为了适应大规模货运和客运的需要,欧洲和美国加快了铁路的修建速度。到19世纪末,世界上的铁路已超过5万千米。20世纪初,广大的发展中国家也开始修建铁路,到20世纪末,世界上的铁路运营里程已达到近百万千米。世界上绝大部分的货运和客运任务都由火车来承担。美国(超过30万千米)、俄罗斯(超过14万千米)、中国(超过8万千米)、印度(超过7万千米)、英国(超过2万千米)、德国(超过2万千米)、法国(超过2万千米)、日本(超过1.5万千米)和南非(超过1.3万千米)等是世界上铁路较多的国家。
1829年,为了挑选从利物浦到曼彻斯特的铁路线最好的机车,人们举行了一次比赛——雷恩希尔选拔赛。“火箭”号主要是由工程师罗伯特·斯蒂芬森制造的。同年,英国人制造的“斯托尔布里雄师”号,成为在美国铁轨上运行的第一台机车。它几乎与下页的“阿根诺里亚”号一模一样,但因太重而不适合在美国铁路上运行。
当然,随着技术的改进与提高,火车的速度也远非当初可比。现在,一般火车的时速都在80千米以上。火车的动力也由以前的蒸汽改为内燃机车或电力机车。在我国,更加清洁、高效的电力机车也已开始规模化使用。法国、德国、日本和美国是使用电力机车比较多,技术也比较成熟的国家。现在法国、德国和日本等国又在研究速度更快、更清洁和无噪音的磁悬浮机车,并已取得了初步成功。2003年,我国第一条磁悬浮机车在上海正式投入使用,它的时速高达450千米。