 腾讯科学讯（乔辉）帆船比赛是一项既好看，又具有挑战性的项目，用浮标在海面围出一块多边形水域，参赛帆船绕标航行，海面的风力、风向复杂多变，这就要求选手们“见风使舵”，拿出各自的看家本领、迎接挑战。 俗话说，“外行人看热闹，内行人看门道”，一般人认为，帆船是被风推着跑的，顺风航行能让船获得最快的速度。事实果真如此吗？其实，帆船完全顺风反而不能获得最佳速度。这是什么原因呢？让我们从空气动力学来分析一下吧。 实际上，空气作用于帆的力有两种形式：一种是动压力，即当空气流动的时候，对挡住去路的物体能产生冲击力。帆船顺风行驶时，就是靠空气的动压力推动前进的，这一点非常容易理解。另一种是静压力：当船帆的两侧空气流速不同的时候，就会产生压强差。为什么呢？ 这要利用到流体力学中的“伯努利原理”。该原理揭示，气体流动速度越大的地方，静压力越小；流速愈小的地方，静压力愈大（例如用纸折一个小纸桥，往桥洞里吹气，桥面下弯，而不是上鼓）。这样气体流速小的一侧对流速大的一侧产生一个侧向的压力，这个力就是静压力。当帆船迎风航行时，正是在这个静压力的推动下前进的。  船帆之所以能够产生静压力，是因为帆具有像机翼一样的弧形。由于机翼和帆的两侧形状不同，当气流流过机翼或帆时，机翼的上面和帆的突出一侧的气流流速要快，另一侧气流流速慢。流速慢处的压强比流速快处的压强大，正是这个压强差使机翼产生了向上的升力，也使帆船获得了向前的动力。 当保持船头与海风的方向呈30-40度角时，推动效率最高。在2000年8月，法国人设计的“Hydroptere”号帆船在风速只有15节的情况下，速度却达到了35节（略低于70公里时速）。这一点是不是非常反直觉？但这就是客观事实。 |
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