帆船跟风向之间是存在一个角度时就是在逆风行船

时间:2023-11-17 02:09:02

有丰富驾船经验的水手说:完全正面迎着风驾船几乎是不可能的,很难想象帆船逆风而行。只有与风形成一定角度的时候,帆船才能前进。而且,这个角度不能太小,不能小于直角的帆船跟风向之间是存在一个角度时就是在逆风行船

,也就是22°左右,这时,帆船的行进情况和逆风行驶的时候是差不多的。对水手来说,无论是迎着风的轨道行驶还是在小于22°夹角的轨道行驶,都是同样难以实现的。

但这两种情况也并非完全相同。我们来解释一下当帆船和风有一定角度时,帆船是如何前进的。首先,我们来看看风是如何推动船帆前进的。很多人也许都会认为:风往哪里吹,船就往哪里前进。事实并非如此。因为无论风朝哪里吹,它总会产生一个力始终垂直于帆面。这个力推动着帆船前进。以 图 为例,箭头代表风向,AB代表船帆。因为整个船帆上的风力都是平均的,我们用一个箭头R来表示风对船帆的压力,压力R作用于船帆的中心。根据平行四边形原理,我们可以将压力R分解为两个力:一个是跟帆面垂直的力Q,另一个是与帆面平行的力P(图右图),因为风与帆面之间的摩擦力很小,所以力P并不会推动船帆。那么就只剩下力Q了。力Q会顺着帆面垂直的方向,推动船帆前进。

帆船跟风向之间是存在一个角度时就是在逆风行船

图 帆船总是顺着风垂直于帆面的方向前进。

帆船跟风向之间是存在一个角度时就是在逆风行船

图 逆风行驶的帆船的受力分析图示。

明白了这一点,我们就知道为什么和风向成一个锐角的情况下,还能够逆风而行了。假设 图 中的KK代表帆船的龙骨线,风吹向船帆,箭头所指的方向代表风向,它与帆船的龙骨KK成锐角。AB表示帆面,我们将AB的位置设定为恰好平分龙骨和风向之间的夹角。通过分解图中的力可得:风对船帆的压力Q垂直于帆面。可以将力Q分解为两个力:力R垂直于龙骨线KK,力S则作用在 龙骨线的方向上。由于帆船的龙骨没在水里很深的地方,所以帆船在朝B方向前进的时候,来自水的阻力会很大,水的阻力会抵消力R。于是,就只剩下了力S,由它推动着帆船向前行进。(之所以将AB设定为平分龙骨与风向之间的夹角,是因为只有在这种情况下,力S最大。)由此可见,帆船跟风向之间是存在一个角度的,就好像在逆风行驶。通常情况下,帆船的运动路线是“之”字形的,如 图 所示。而且水手们把帆船的这种行驶方式称为“抢风行船”。

帆船跟风向之间是存在一个角度时就是在逆风行船

图 帆船在逆风行驶时路线是“之”字形的。