两艘平行行驶的轮船为什么会相撞

时间:2023-11-17 21:29:02

1912年秋天,“奥林匹克”号远洋海轮发生了这样一起事故:“奥林匹克”号正在大洋上航行,在距离它只有几百米的地方,一艘叫 “豪克”号轮船也在高速前进。“奥林匹克”号是当时世界上最大的轮船之一,而“豪克”号要比它小得多。当两艘船行驶至图所示的位置时,意外发生了:好像有一股看不见的力量牵引着“小船”——“豪克”号,它竟然掉转了船头,舵手都无法操纵它了。就这样,它几乎笔直地开向大船。最终,两艘船不可避免地撞在了一起。这次撞击十分剧烈,“豪克”号的船头把“奥林匹克”号的船舷撞出了一个大洞。

当海事法庭审理这个案件时,法院判决大船“奥林匹克”号的船长为过失方,因为当“豪克”号冲过来时,他没有下达任何命令避让。法院的判决书就是这样说的。

两艘平行行驶的轮船为什么会相撞

图 “奥林匹克”号与“豪克”号相撞前的位置。

对这起事件,法庭认为是由于船长调度失控才引起的。实际情况却并非如此,有一个完全无法预料的情况在事故中起了决定性作用:在大海上,轮船之间会相互吸引。

类似的事故以前也曾经发生过。但因为当时的船只并没有那么大,所以这种相互吸引的现象并不明显。随着海洋里“飘浮的城市”逐渐增多,船只之间相互吸引的现象也逐渐明显。舰队司令员也会在海军操练时注意到这种情况。

有很多类似的事故就是小船航行在大轮船或者军舰旁边的时候发生的。

船只之间的吸引该如何解释呢?很显然,前文中介绍的引力的相关知识在这里并不适用。导致这个问题产生的完全是另一种原因。解释这个原因,需要用到液体在管道或航道里的流动原理,就是所谓的伯努利原理。具体来说就是:如果液体沿着一条宽窄不均的航道流动,那么行至航道较窄的部分时,水流会比较快,行至较宽部分时,水流会缓慢一些。而且水流对航道侧壁的压力在较窄部分时要比在较宽部分时小一些(图)。

两艘平行行驶的轮船为什么会相撞

图 航道的较窄部分的水流比较宽部分的水流快。而且水流在航道侧壁的压力,在较宽部分时要比在较窄部分时小一些。

这个原理也同样适用于气体。不过在气体学说中,这种现象被称为“气体静力学怪事”。这种奇特的现象据说是在这样的情况下被发现的:

当时,在法国的一个矿山里,一位工人按照要求用护板把一个孔给盖了起来。这个孔和外面坑道是相通的。这位工人一直在和冲入矿井的空气作斗争,努力了很久也没能完成这个任务。突然间砰的一声,护板竟然自己就关上了。这个力量是如此之大,以至于如果不是护板足够大的话,护板和工人都可能被拉到通风道里去了。

两艘平行行驶的轮船为什么会相撞

图 喷雾器的工作原理。

喷雾器的工作原理也可以用气流的这种特性来解释。如图所示,如果我们往一根末端较细的横管中吹气,那么空气在流经管子较细的部分时就会减小自己的压力。也就是说,管子受到的我们吹进去的空气压力就会比较小。在大气压力的作用下,管子里面的液体就会沿着直管上升。到了管口的时候,吹进来的气体就会进入到液体中,液体就会变成雾状散到空中。

通过上面的分析,我们明白为什么船只之间会相互吸引了。当两艘船平行航行时,一条水道就在它们的船舷之间形成了。在一般的水道里,是水在动而沟是不动的。在这种情况下,就正好相反了。是水不动而沟壁在动。但各种力之间的相互作用却没有改变:轮船对周围空间所施加的压力依然要大于水在狭窄部分时对沟壁所施加的压力。在这种情况下,会产生什么样后果呢? 在外侧的水的压力下,两艘船只会相向而行。显然,重量较小的那艘船会移动得更厉害,而较大的那艘船则几乎不会发生移动。这就是大船快速驶过小船旁边时,会出现特别大的引力的原因。

两艘平行行驶的轮船为什么会相撞

图 两艘行驶中的船只之间的水流。流水的吸引作用引起了船只之间的引力。

所以,是流水的吸引作用引起了船只之间的引力( 图 )。我们还可以用这个原因来解释下面这些问题:

为什么激流对洗澡的人来说非常危险?为什么漩涡会有那么强的吸引作用?

我们可以计算出,当河里的水流每秒钟前进1米时,人的身体就会受到30千克力量的吸引。当人受到这样大的力量吸引时,是很难站稳的。特别是在水里的时候,保持自身的平衡就更加困难了,因为这时候,我们身体本身的重量帮不了我们什么忙。伯努利原理还可以用来解释飞驰火车的引力作用:当火车能够以50千米/小时的速度行驶时,站在火车旁边的人会受到大约8千克的拉力。