周二晚间发生的致命脱轨事故，导致一辆美国铁路公司东北区域列车冲出轨道，让许多人质疑为何会发生如此悲剧。案件调查人员尚未公布官方原因，但速度似乎是主要因素：据美国国家运输安全委员会成员罗伯特·萨姆沃特称，火车显然以 106 英里的时速行驶在轨道上，比列车脱轨弯道的限速高出 50 英里以上。
从纯粹的物理层面来看，列车因超速而脱轨可以用牛顿第一运动定律来理解：运动中的物体倾向于保持运动状态，静止的物体倾向于保持静止状态，除非受到外力的作用。
支持科学新闻
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道 订阅。通过购买订阅，您可以帮助确保有关塑造当今世界的发现和想法的具有影响力的故事的未来。
现在，有很多力作用在轨道上行驶的列车上，这些力都很重要。但是，为了简单起见，让我们关注两个主要因素
1. 列车的惯性——它对运动变化的阻力——使列车保持向前运动。
2. 向心力，作用在列车上的力，使其沿着弯道上的曲线路径行驶。
这里需要注意的是，火车没有方向盘。相反，节流阀使火车以列车工程师选择的速度前进。引导火车朝正确方向行驶的责任落在轨道本身上。轨道和车轮的设计方式是，当火车绕弯道行驶时，车轮会紧贴轨道，而轨道会引导车轮。如果没有轨道，列车的惯性只会使列车保持直线运动，直到另一个力作用在它身上。
因此，将这种情况应用到牛顿第一定律，轨道的设计是为了给列车提供足够的外力——在这种情况下是向心力——使列车违背其自然方向（直线）并绕过弯道。
这就是速度成为重要因素的地方。
列车的速度决定了轨道必须施加多少向心力才能使列车保持在弯曲路径上。如果列车行驶缓慢，则向心力较小。随着列车速度加快，向心力变大。列车速度加倍，保持列车在轨道上所需的向心力就会增加四倍。
如果列车速度太快，轨道就无法对列车施加足够的推力，使其在绕弯道时保持在轨道上。火车轨道的设计只能承受来自火车的有限的反作用力。
在 5 月 12 日美国铁路公司列车脱轨事故中，列车绕弯道行驶的速度可能太快，轨道无法承受。因此，牛顿第一定律占了上风：运动中的物体保持了原有的运动轨迹，因为轨道无法承受车轮对它的作用力。
这个简单的说明可能遗漏了一些非常重要的细节，这些细节可能会随着调查人员继续拼凑美国铁路公司列车上究竟发生了什么而显露出来。例如，它没有考虑到当时轨道状况、能见度或曲线上的任何高程和倾斜度。还有一些物理因素尚未考虑，如摩擦力、扭矩和客车车厢的质心。所有这些变量都必须进行调查。随着国家运输安全委员会继续进行调查，我们可以期待更多细节的出现。