June 21, 2011

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一般的概念裡,帆船必須順風而行,但如果在水面上,遇到的風向與前進的方向不一致時,就必須要適當地調整風帆的方向,讓船隻仍舊能夠朝著既定的方向前進。
帆船的動力來源﹕

    一般人對於帆船往往會有一個錯誤觀念以為帆船是被風推著跑的。

   其實帆船的最大動力來源是所謂的---『白努利效應』,也就是說當空氣流經一類似機翼的弧面時,會產生一向前向上的吸引力,如圖(一)﹑(二)。

    也因此,帆船才有可能朝某角度的逆風方向前進。
    而正順風航行時,白努利效應消失,船隻反而不能達到最高速。

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有逆風航行能力的船,若要往逆風方向前進,必須採取Z字形的路線才能到達目的地,如圖


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:橫帆船隻

很難想像帆船怎樣能夠逆著風前進。水手的確會告訴你們,正頂著風駕駛帆船是不可能的,帆船只能在跟風的方向成銳角的時候前進。可是這個銳角很小──大約只有直角的1/4,大約是22?──不管是正頂著風或者成22?的角度,看來是同樣難以理解的。




 

可是實際上,這兩種情形不是沒有區別的。我們現在來說明帆船是怎樣跟風向成小角度逆著風前進的。首先,讓我們看風一般是怎樣對船帆起作用的,也就是說,當風吹在帆上的時候,它把帆往哪里推。你也許會這樣想,風總是把帆推往它不是這樣。無論風向哪里吹,它總產生一個垂直帆面的力,這個力推動著船帆。且讓我們假定風向就是圖164箭頭所指的方向。AB線代表帆。因為風力是平均分佈在全部帆面上的,所以我們可以用R來代表風的壓力,它作用在帆的中心。把這力分解成兩個:跟帆面垂直的力0和跟帆面平行的力P(圖164右)。力P不能推動帆,因為風跟帆的摩擦太小了。剩下的力Q依著垂直帆面的方向推動著帆。


 

懂得了這點,就容易懂得為什麼帆船能夠在跟風向成銳角的情況下送著風前進了。讓我們用KK線(圖165)代表船的龍骨線。風按箭頭所表示的方向成銳角吹向這條線。AB線代表帆面,我們把帆轉到這樣的位置,使帆面剛好平分龍骨的方向和風的方向之間的那只角。現在看圖165裏的力的分解。風對帆的壓力,我們用力q來表示,這個力,我們知道應當是跟帆面垂直的。把這個力分解成兩個力:使力R垂直龍骨線,力S順著龍骨線指向前面。因為船朝力R的方向運動的時候,是要遇到水的強大的阻力的(帆船的龍骨在水裏很深),所以力R幾乎全部被抵消了。剩下的只是指向前面的力S在推動船,因而,船是跟風向成著一個角度在前進,好像在逆風裏一樣。這種運動通常總採取“之”字形路線,像圖166裏的那樣。水手們把這種行船法叫做“搶風行船”法。


所以不能張成有效弧形的帆,是沒有逆風航行能力的
    這些船隻航行於大海上
往往要靠依照季節改變方向的貿易風,才能有去有回。

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Personal Category: Uncategorized Articles Topic: life / interests / transportation
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