第一個(gè)火車(chē)頭的模型，第一個(gè)火車(chē)頭，第一列火車(chē)的設(shè)計(jì)者是誰(shuí)，他們是哪國(guó)人?

【專(zhuān)家解說(shuō)】：">火車(chē)的發(fā)明
火車(chē)和所有其他發(fā)明一樣，都是為了滿(mǎn)足社會(huì)需要而問(wèn)世的。

18世紀(jì)初，隨著社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展，人們急需一種比馬車(chē)裝得多、跑得快的新型車(chē)輛。在這種情況下，英國(guó)人瓦特發(fā)明了蒸汽機(jī)。這種機(jī)器比馬的力氣可大多了，它一問(wèn)世就引起了人們的注意。

有些人就想將“大力士”蒸汽機(jī)裝在車(chē)上，代替人力或者畜力來(lái)使車(chē)輛前進(jìn)。說(shuō)來(lái)有趣，這種大膽設(shè)想首先在軍事上得到實(shí)現(xiàn)。當(dāng)時(shí)，歐洲各國(guó)的軍隊(duì)為了滿(mǎn)足作戰(zhàn)需要，紛紛采用口徑和射程越來(lái)越大的大炮。由于炮的重量不斷增加，用人推馬拉的辦法很難保證大炮能及時(shí)跟隨部隊(duì)作戰(zhàn)。法國(guó)一位名叫居尼奧的炮兵軍官，針對(duì)這一問(wèn)題就研制成用蒸汽機(jī)推動(dòng)的“蒸汽汽車(chē)”來(lái)牽拉，從而開(kāi)辟了以機(jī)器為動(dòng)力的現(xiàn)代車(chē)輛蓬勃發(fā)展的道路，也為火車(chē)的誕生打下了基礎(chǔ)。

這種將蒸汽機(jī)裝在車(chē)子上的機(jī)械車(chē)是怎樣推動(dòng)車(chē)輛行駛的呢?我們從它的外形上可以看到，蒸汽機(jī)有一個(gè)大鍋爐，裝在車(chē)架的前端。在鍋爐下面燒著煤火，用來(lái)將鍋爐里面的水加熱成蒸汽。由鍋爐上的一根管子將蒸汽引入車(chē)子前輪上方的汽缸里，蒸汽的力氣很大，便推著汽缸里的活塞向前移動(dòng)，而活塞通過(guò)連桿和曲軸與前輪連在一起，于是隨著曲軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，車(chē)輪就跟著轉(zhuǎn)起來(lái)，從而使車(chē)子前進(jìn)了。

此后不久，這種冒著黑煙、喘著粗氣的車(chē)子先后在英國(guó)和德國(guó)出現(xiàn)了，如英國(guó)1804年制成的蒸汽機(jī)車(chē)。不過(guò)，它的模樣和先前不大一樣了:有的將鍋爐移到車(chē)子的中間，并罩上罩子，兩頭還裝上幾排座位;有的把鍋爐移到車(chē)后部，而在前面坐人的地方裝了一個(gè)車(chē)廂，等等。蒸汽車(chē)有點(diǎn)近代車(chē)的氣派了。

與大多數(shù)新事物出現(xiàn)所受的遭遇一樣，在當(dāng)時(shí)馬車(chē)占主要地位的歐洲各國(guó)，蒸汽車(chē)處處受到非難和排擠。

就說(shuō)英國(guó)吧，那時(shí)各城市的郵政廳都使用大量的馬車(chē)來(lái)運(yùn)送郵件。為了維護(hù)自身的利益，郵政廳便和大大小小的馬車(chē)主聯(lián)合起來(lái)共同對(duì)付新出世的蒸汽車(chē)，并要求政府對(duì)蒸汽車(chē)加以種種限制。后來(lái)，英國(guó)政府也站在馬車(chē)主一邊來(lái)反對(duì)蒸汽車(chē)，并規(guī)定了許多條條框框。例如，對(duì)蒸汽車(chē)下了這樣的命令:蒸汽車(chē)在行駛時(shí)，必須有手持小紅旗的人在車(chē)前55米處跑步前進(jìn)，以招呼行人避讓;在有馬的地方，不許蒸汽車(chē)的鍋爐放氣;不許蒸汽車(chē)在街上鳴汽笛;蒸汽車(chē)在農(nóng)村路上行駛，車(chē)的時(shí)速不得超過(guò)6千米，在城市不得超過(guò)3千米……這簡(jiǎn)直比老牛車(chē)還慢呢!現(xiàn)在看起來(lái)確實(shí)令人發(fā)笑。

后來(lái)，盡管人們對(duì)蒸汽車(chē)進(jìn)行了改進(jìn)，但是由于它有著先天不足的弱點(diǎn)，例如車(chē)上裝的那又大又重的蒸汽機(jī)，既要經(jīng)常停下來(lái)添煤加水，操作很不方便，又大量排出濃煙和蒸汽，而且還占了車(chē)上很大地方，裝運(yùn)不了多少貨物，所以人們逐漸對(duì)它失望起來(lái)。

就在人們?yōu)檎羝?chē)的前途擔(dān)心的時(shí)候，有人就想到了16世紀(jì)中期在礦山上用木頭做軌道，以人力和畜力拉動(dòng)的車(chē)子，提出也給蒸汽車(chē)鋪上軌道 (木頭軌道顯然不行，需要用鐵軌)，讓它拖帶幾節(jié)車(chē)廂在鐵軌上行駛的設(shè)想。這可是個(gè)好主意，不僅使車(chē)廂里可裝很多的貨物和人員，而且可發(fā)揮蒸汽機(jī)力氣大的特長(zhǎng)，使車(chē)子跑得快。

1825年9月27日，從英國(guó)斯多克頓到達(dá)林頓的世界上第一條鐵路正式通車(chē)了。由蒸汽汽車(chē)改制成的蒸汽機(jī)車(chē) (我們平常所說(shuō)的火車(chē)頭)開(kāi)始大顯身手了，蒸汽機(jī)從此派上了大用場(chǎng)。這同時(shí)也宣告了世界上第一列火車(chē)正式問(wèn)世。

那天上午，由斯蒂芬遜制造并駕駛的“運(yùn)動(dòng)號(hào)”蒸汽機(jī)車(chē)拖帶著33節(jié)車(chē)廂，從斯多克頓出發(fā)了。車(chē)廂里裝載煤和乘客，而看熱鬧的人站滿(mǎn)了鐵道的兩旁。人們有的步行，有的騎馬，追追跑跑，簇?fù)碇@長(zhǎng)蛇般的龐大怪物在緩緩行駛。

1828年，期蒂芬遜和他的兒子共同制造了“火箭號(hào)”蒸汽機(jī)車(chē)，并參加了一次比賽。當(dāng)時(shí)有3臺(tái)機(jī)車(chē)參加比賽，其中一臺(tái)在比賽開(kāi)始不久，鍋爐接縫的地方便破裂了;另一臺(tái)走了40多千米因汽缸破損而停駛;只有“火箭號(hào)”機(jī)車(chē)以每小時(shí)22千米的平均速度，牽引著10多噸的貨物，跑完了112.6千米的路程，順利地到達(dá)終點(diǎn)，獲得了冠軍。此后，火車(chē)便受到人們的重視，在世界各國(guó)相繼發(fā)展起來(lái)。

火車(chē)剛出世不久，跑得比較慢，本來(lái)就對(duì)火車(chē)?yán)溲巯啻囊恍R車(chē)主，更加傲氣起來(lái)，經(jīng)常要跟火車(chē)比個(gè)高低，以顯示他的馬車(chē)跑得快。然而，馬車(chē)有時(shí)的確會(huì)揚(yáng)揚(yáng)得意地跑在火車(chē)的前頭，這就進(jìn)一步促使人們對(duì)火車(chē)進(jìn)行不斷改進(jìn)。

早期的蒸汽機(jī)車(chē)，外形各種各樣:有的像個(gè)壓路機(jī)，有的與四輪馬車(chē)相似 (如英國(guó)“一號(hào)蒸汽機(jī)車(chē)”)，有的和原始的汽車(chē)類(lèi)同……這些機(jī)車(chē)的運(yùn)載能力都還不大，跑得比馬車(chē)快不了多少。由于它們都是用煤炭或木材做燃料，行駛時(shí)鍋爐里的火焰熊熊，煙氣沖天，所以人們習(xí)慣上把它稱(chēng)做“火車(chē)”。它雖然“吃”的是“粗糧”--煤，但力氣很大，而且煤的成本又較低，來(lái)源豐富，因而蒸汽機(jī)一直延用了很長(zhǎng)時(shí)間。
火車(chē)與鐵路

火車(chē)和鐵路在今天是一對(duì)分不開(kāi)的“兄弟”。

火車(chē)頭，即蒸汽機(jī)車(chē)是英國(guó)發(fā)明家斯蒂芬遜于1825年發(fā)明的。有了火車(chē)頭，才有火車(chē)?？墒悄阒绬?，說(shuō)起鐵路的發(fā)明，比火車(chē)還要早半個(gè)多世紀(jì)哩!

早在16世紀(jì)中葉，英國(guó)的鋼鐵工業(yè)興起，到處都搞采礦?？墒牵?dāng)時(shí)礦山的運(yùn)輸還很落后。鐵礦石全靠馬拉、人背，勞動(dòng)效率很低。有個(gè)公司的老板，為了多運(yùn)鐵礦石，想了一個(gè)法子:從山上向坡下平放兩股圓木，讓中間的距離相同，一根接一根地?cái)[到山下。當(dāng)裝滿(mǎn)礦石的斗車(chē)，順著兩股圓木下滑的時(shí)候，山上的人大聲喊叫著:“注意，車(chē)下來(lái)啦?！鄙较碌娜艘泊舐暬卮鸬?“車(chē)到啦，好!”

這就是初期的木頭軌道。

木頭軌道制作簡(jiǎn)單，由上向下運(yùn)送重物也很省力，一時(shí)受到歡迎。不過(guò)，如果在平地上使用木頭軌道效果不大，省力不多。而且，這種木頭軌道不耐用，磨損大。

到了1767年，有人試著拿生鐵來(lái)做軌道，以取代木頭軌道。人們便稱(chēng)呼為鐵路了。鐵軌比木頭軌道的體積小許多，它直接放在地面上，斗車(chē)的輪子也是鐵制的，推起來(lái)當(dāng)當(dāng)直響，運(yùn)煤、送貨也省勁。但是，斗車(chē)內(nèi)裝的東西不能過(guò)重。有一回，一輛車(chē)子裝貨多了，把鐵軌壓到了地面里，結(jié)果車(chē)翻貨出，差點(diǎn)壓傷了人。

怎么辦?看來(lái)，必須解決地面的承受力問(wèn)題，同時(shí)還要考慮鐵軌的長(zhǎng)度問(wèn)題。就是在解決這些問(wèn)題的過(guò)程中，逐漸產(chǎn)生了后來(lái)的鐵路。

火車(chē)很重，有人說(shuō)如果把這個(gè)重量分散到枕木上，再由枕木分散到“道床”上，道床所受的力再均勻地分散到路基上，這個(gè)力量就變得小了許多。經(jīng)過(guò)這樣的傳遞過(guò)程，接觸面積逐漸增大，單位面積的壓力就相應(yīng)降低，路基就不會(huì)被壓壞了。

這個(gè)設(shè)計(jì)的思路是很科學(xué)的，可以說(shuō)，今天的鐵路仍然是根據(jù)這個(gè)道理建成的。可是具體地說(shuō)，道床應(yīng)該用什么材料?造成什么樣子?枕木多大最好?一系列問(wèn)題需要解決。19世紀(jì)初，英國(guó)鐵路公司征求新的軌道設(shè)計(jì)方案，并設(shè)置數(shù)萬(wàn)英磅重獎(jiǎng)。一時(shí)間，英國(guó)、法國(guó)、比利時(shí)的應(yīng)征者，蜂擁而來(lái)。圖紙、模型堆積似小山。經(jīng)過(guò)專(zhuān)家們?cè)u(píng)選，形成最優(yōu)方案;把鐵軌釘在枕本上，枕木鋪在用小石子堆成的道床上。這樣一來(lái)，道床上的小石子可以調(diào)整鐵軌頂面的高低不平，防止枕木移動(dòng)，利于排水，保護(hù)路基。

1830年，這一年有兩項(xiàng)重要的發(fā)明:斯蒂芬遜新設(shè)計(jì)成功的蒸汽機(jī)車(chē)和火車(chē)行走的鐵路--首次結(jié)合成功了。事實(shí)說(shuō)明:從英國(guó)倫敦到愛(ài)丁堡的旅行時(shí)間，由原來(lái)的10~12天，縮短到只需要2天多(50小時(shí))。人類(lèi)可以創(chuàng)造比馬跑得更快的旅行速度!

火車(chē)頭牽引的車(chē)廂越多，載重越大。原來(lái)制作的生鐵軌承受力量不足。有人軋制熟鐵軌來(lái)代替。這種新鐵軌比較舊的好，它不發(fā)脆，在重壓下不致斷裂。因此，鐵軌的制作又有新的改進(jìn)，雖然形狀未改，可強(qiáng)度大為提高。

火車(chē)行駛的路很長(zhǎng)，鐵軌不可能無(wú)限長(zhǎng)。一般是12~25米。最早的鐵軌是一根緊接一根，沒(méi)有一點(diǎn)空隙。誰(shuí)知夏天酷熱，鐵軌受熱膨脹，把筆直的鐵路“頂”得彎成個(gè)凸肚子，火車(chē)怎么行駛?冬天寒冷，鐵軌又收縮，發(fā)生斷裂了。這樣的事故教育了鐵路建筑者，他們想:如果在鐵軌的接頭之間留點(diǎn)“縫隙”，還怕它熱脹冷縮嗎!

舊的矛盾解決了，又出現(xiàn)新的矛盾:鐵軌的縫隙接頭越多，火車(chē)運(yùn)行中的震動(dòng)越多，發(fā)出的噪聲也越大。而且鐵軌的裂損有60%是產(chǎn)生在接頭處。人們開(kāi)動(dòng)腦子設(shè)法改進(jìn)縫隙，于是無(wú)縫鋼軌誕生了。

鐵路，不知道花去了多少人的心血，集中了多少人的智慧，總結(jié)了多少次經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，才成為今天這個(gè)樣子，千萬(wàn)不要小看它。