歡迎來到新幹線 STEM 探險！
今天我們要用 科學 Science、技術 Technology、工程 Engineering、數學 Math 一起認識日本最快的火車——新幹線，還有它的「黃色醫生」Dr.YELLOW！
開始探險 ▶
今天我們要用 科學 Science、技術 Technology、工程 Engineering、數學 Math 一起認識日本最快的火車——新幹線，還有它的「黃色醫生」Dr.YELLOW！
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為什麼火車能跑得那麼快？電力、空氣阻力、摩擦力……都是科學在幫忙！
Dr.YELLOW 用雷射、攝影機和感測器，像超級醫生一樣檢查軌道！
受電弓怎麼設計才能又輕又安靜？工程師們一直在改進！
幾天檢查一次？跑多少公里要大修？數字幫我們算出安全計畫。
Dr.YELLOW 不是普通火車，它是專門檢查軌道和電線的「綜合試驗車」。它全身黃色，跑起來就像一位穿黃袍的醫生在幫新幹線做健康檢查！
Dr.YELLOW T4 編組（923 型）的七節車廂各有不同任務
前方監視攝影機
前照燈
電氣檢測室
測定用受電弓
雷射測量裝置
接觸線磨耗測量
觀測圓頂
觀測台
數據整理室
測定台車
軌道檢測室
數據整理室
觀測圓頂
觀測台
測定用受電弓
會議房間
資材搭載室
添乘員室
前照燈
前方監視攝影機
車內虛擬參觀地圖——從 A 到 Q 可以選想看的地方
就像我們要定期看醫生一樣，新幹線也有嚴格的檢查計畫。這些計畫用到很多數學！
新幹線檢查與保養的四大等級
大約每 2 天 一次
用眼睛看整輛車有沒有異常
地點：東京、三島、名古屋、大阪
每 45 天 或跑 6 萬公里 以內
檢查電氣設備有沒有問題
地點：東京、大阪
每 20 個月 或跑 80 萬公里 以內
把輪子底下的台車拆開仔細檢查
地點：大阪
每 40 個月 或跑 160 萬公里 以內
整輛車大修，像做一次大手術！
地點：濱松
如果一輛新幹線每天平均跑 1,000 公里，大約多久會到第一次「台車檢查」（80 萬公里）？
提示：80 萬 ÷ 1,000 = ? 天 ≈ 多少個月？
新幹線為什麼能跑超過 270 km/h？秘密藏在「軌道寬度」和「車頭形狀」裡！
日本在來線（普通火車）多用 1067 mm 的狹軌，新幹線則用國際標準的 1435 mm 寬軌。軌道越寬，火車越穩，就能跑得更快更安全！
左邊標準軌 1435 mm 右邊狹軌 1067 mm
車頭越尖、越流線，空氣阻力就越小，噪音也更少。從 0 系到 N700 系，車頭一直在變長、變尖！
從右到左：0系 → 100系 → 300系 → 700系 → N700系 車頭越來越長、越來越尖
受電弓（Pantograph）是火車頭頂上「抓電」的裝置。它從架空電線把電力送到馬達，讓火車跑起來，也供冷氣和照明使用！
受電弓如何從架空線取電（在來線用直流、新幹線用交流 25,000V）
最早期常見的形狀，側面看像鑽石
0 系用的類型，折疊時佔空間較小
更輕、更安靜，N700S 也使用
重量差很多！新式只剩約三分之一
從材料檢查 → 加工 → 組裝 → 塗裝 → 完成，一步一步精準製造
東海道新幹線歷代受電弓進化（從下框交叉型到單臂型）
受電弓要抓到電，頭頂上必須有特別的架空電線系統，叫做架線（Catenary System）。它讓電力穩定送到高速行駛的新幹線！
架線的三大零件：吊架線、吊架、接觸線（トロリ線）
最上面的線，負責「吊住」下面的接觸線，讓它保持水平。
連接吊架線和接觸線的小掛鉤，像衣架一樣把線掛好。
最下面、跟受電弓直接接觸的線，把電送到火車裡。張力約 2.5 噸！
受電弓一直摩擦接觸線，線會慢慢變細。工程師發明了「警報接觸線」來監測磨損。
線裡面埋了金屬偵測線，磨到斷了就會亮警告燈（沿線每 2～3 公里一個顯示裝置）
改用光纖偵測，指令所可以即時看到磨損狀況，更快發現問題！
新幹線要對抗雨、雪、雷電和地震。工程師設計了很多「對策」，讓火車即使在壞天氣也能安全行駛！
雨對策・雪對策・雷對策
在路堤和斜坡上做混凝土防護或框架補強，防止大雨造成土石崩落。
用灑水系統（Sprinkler）把雪灑濕，防止雪飛起來黏在車身上。
架空地線和避雷器，把雷電引導走，保護電氣設備。
三大地震對策：強化結構、提早停車、防止脫軌
從發明、設計、製造、使用、保養到退役，一輛火車有完整的生命週期。每個階段都會把經驗回饋給下一代列車！
技術開發 → 車輛計劃 → 設計 → 製作 → 使用 → 保養 → 改良 → 最後退役
新幹線的漂亮外殼不是一次塗上去的！它要經過好幾層特別的材料，才能又漂亮又保護車身。
塗裝四步驟剖面模型
新幹線一直在變得更快、更省電，也幫助減少二氧化碳（CO₂），對抗氣候變遷。這跟聯合國的永續發展目標（SDGs）第 13 項「氣候行動」息息相關！
追求環保的新幹線進化史（SCMAGLEV and Railway Park × SDGs）
把 1 個人運送 1 公里時，各種交通工具排出的 CO₂ 差很多：
鐵路只有 19g CO₂／人・公里，汽車大約是它的 8.6 倍！
從東京到大阪，新幹線每位乘客排出的 CO₂ 大約只有飛機的 1/12！
東海道新幹線（N700系「のぞみ」）約 4.4 kg／座位 vs 飛機約 52 kg／座位
從 1964 年的 0 系到現在的 N700S，新幹線不但變快，用電量也大幅下降。
東海道新幹線省電歷史（以 0 系 220 km/h 時用電量為 100%）
N700S 比 0 系省電 52%！
（只用大約一半的電）
N700S 比 0 系省電 34%！
（更快又更省）
以前買指定席要打電話、用手寫台帳，又慢又容易出錯。1960 年誕生的 MARS（Multi-Access Reservation System，多路存取訂位系統）把訂票變成電腦作業，是日本資訊科技的重要里程碑！
MARS 連接售票窗口、自動售票機、手機／網路、旅行社，一天可賣出 170 萬張以上車票
用電話和紙本台帳預訂指定席，速度慢，容易出錯。
MARS 用電腦即時管理座位，幾秒鐘就能完成一張票！
車站窗口、自動售票機、手機 App、旅行社都能連到同一套系統。
早期的 MARS 發券機（M 型終端）——按很多彩色按鈕就能查座位、出票
如果一天賣出 170 萬張票，平均每秒大約賣出幾張？（一天 = 86400 秒）
提示：1,700,000 ÷ 86,400 ≈ ?
1. Dr.YELLOW 主要是做什麼的？
2. 新式單臂受電弓比舊式好在哪裡？
3. 新幹線大約多久做一次「全般檢查」？
4. 塗裝的最底層是什麼？
5. 從東京到大阪，新幹線排出的 CO₂ 大約是飛機的多少？
6. N700S 在 220 km/h 時，比最初的 0 系大約省電多少？
7. 新幹線的軌道寬度是多少？（標準軌）
8. 地震防災系統為什麼能提早讓列車停車？
9. MARS 訂票系統大約從哪一年開始用電腦？
10. 受電弓直接接觸的電線叫什麼？