不可不知的帆船原理
很多初学者对于帆船能够迎风行驶感到惊异。 事实上,风对帆有两种主要的作用。一种作用可以称之为“拉”。 在航行时,帆面是弯曲的。 当风从弯曲的帆面两侧滑过时,会对帆产生一个向前或者侧向的拉力。 由于稳向板或龙骨能抵销了风力向帆船正侧方向的分力,所以帆船在迎风状态下也能够以一定迎风角度向前。
另一种作用称为“推”。 帆船在正尾风航行时,帆阻碍了风的流动,从而风“推着”帆船向前运动。
先做一个简单实验:以左手把直尺压在桌上,右手执笔以图1所示方向推向挨在直尺旁的三角板,三角板会向哪一方移动? 图1 以三角尺、直尺和笔模拟帆船逆风行驶所受的风力 由实验可知,不论笔尖从那一方压到三角板的斜边上,三角板都依白箭矢方向移动。当笔尖沿着v的方向压到三角板的斜边上时,由于三角板是光滑的,它受到的压力R是垂直于斜边(也就是与v的方向无关)。这个压力R可以分解为两个分力(component of force)F1和F2,F1使三角板平行直尺移动(如图中白箭矢的方向);F2使三角板压向直尺。而直尺有一反抗力P作用于三角板,把F2抵消,故三角板只能沿着F1的方向而移动。由图1可见,笔尖从北向南压向三角板,但三角板却能向东北移动。 在图1之右图表示,帆船受到偏逆风时,帆所受的风力R与帆面垂直(凡是没有摩擦力的相互作用力皆与接触面垂直),叫做扬力。R可以分解为F1和F2两分力。F1就是帆船的前进力;而F2则使帆船横向移动,叫做横流力。由于船底有一大片中央板,此板受水的阻力为P,此阻力抵消横流力F2,使船身不致发生较大的横向移动,而只能前进。 图2表示帆船只要适当地驶帆及操舵,就可以采用之字路线逆风航行——顶着北风向北前进! 图2 帆船之字形逆风行驶 分力(component of force):一力可以由两个或两个以上的力共同代替它的作用。这些成分的力就是该力的分力。
不可不知的帆船原理 很多初学者对于帆船能够迎风行驶感到惊异。 事实上,风对帆有两种主要的作用。一种作用可以称之为“拉”。 在航行时,帆面是弯曲的。 当风从弯曲的帆面两侧滑过时,会对帆产生一个向前或者侧向的拉力。 由于稳向板或龙骨能抵销了风力向帆船正侧方向的分力,所以帆船在迎风状态下也能够以一定迎风角度向前。
另一种作用称为“推”。 帆船在正尾风航行时,帆阻碍了风的流动,从而风“推着”帆船向前运动。 |
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