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帆船的驶帆必学力学原理
2023-01-25

帆船的动力来源

我们知道,当空气流动得快的时候,在正面挡住它的物体就会受到空气的冲击,这种冲击产生的压力我们称为动压力。当帆船顺风行驶时,就是空气对帆的动压力推动帆船前进的。由“流速增加,压强降低”的伯努利原理知道,当空气向一个方向流动时,它向侧面作用的力就要相对减小。也就是说气体流动速度越大的地方,动压力压强越大,而静压力压强越小。流速愈小的地方,动压力压强愈小而静压力压强愈大。这样气体流速小的地方对流速大的地方就会产生一个侧向的压力,这个力称为静压力。当迎风驶帆时,船正是在风的静压力推动下前进的。

帆所受静压力的产生,主要是帆具有像机翼一样的弧形。我们把帆的横截面和机翼的横截面对照一下,就可以看到它们的共同点。帆所受的静压力FT,并不能全部用来推动船前进,真正用来推动船前进的是FT沿船头方向的分力FR,FR的值要小于使船横向移动的分力FH。尽管横向力较大,但在实际行驶时,很少看到船横向移动。而船向前进的速度却相当大,先进的帆船和帆板,最快的时速,可达30至40 km造成这样的前进速度,除了帆产生推力以外,还有一个重要因素就是船底的流线型,船浸入水中部分的横向截面积远大于纵向截面积,推力FR虽然比横向力FH小,但船在水里前进时所受的阻力要比船横向移动所受的阻力小许多。所以,FR推船前进效果就相当显著。

若船要逆风行驶,船的航行方向应与风向成一夹角,所以必须采取Z字型的路线。

(实习编辑;吴慧敏)

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