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帆船、帆板运动的力学原理简介 帆船、帆板运动是奥运会的比赛项目，这项运动被越来 越多的人所喜爱。但要想学会驶帆，必须首先弄清它的力学 原理。
1 帆船的动力来源 一般人对于帆船往往认为是被风推着跑的。其实风的动力 以两种形式作用于帆，如图 1、图 2 所示，帆船的最大动力 来源是所谓的“伯努利效应”。
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。当帆船如图 1 所示顺风行驶时，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，如图 2 所示，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。如图 3 所示，当气流通过帆或机翼时，由于机 翼上面和帆的前面的气流要走更长的距离来和机翼下面和 帆后面的气流相会合，因而就加快了流速，使帆的前面和后 面及机翼的上面和底面的气流产生了不同的流速。流速慢处 的压强比流速快处的静压强大，这个压强差使机翼产生了向 上的升力，也使帆获得了向前的动力，如图 4 所示。在这里 不妨也称它为“升力”。
下面我们来看帆上的静压力是如何推动船前进的。如图 5 所示，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。
2 帆船的航向限制和效益
图6
帆船既可在动压力的推动下顺风行驶,也可在静压力推动 下逆风行驶。但帆船的航向不是完全没有限制,在正逆风左 右各约 45 度角内,是无法产生有效的推进力的,如图 6 所
示的 A 区。但是太顺风也不是很好的,因为这时伯努利效应
消失。船靠风对帆的动压力推动，而动压力的大小决定于风 对帆的相对速度，相对速度越大，动压力就越大。然而船在 动压力的推动下，前进速度逐渐增加，风与船相对速度就会 减小，因而风对帆的动压力减小，船速会再度慢下来，同时 会进入不稳定状态，如图中 C 区。所以动压力对帆船来讲， 并不是持续高效的动力来源。只有如图中 B 区才是最好的航
行方向，这时船航行方向与风向成一定夹角，船在静压力推 动下，能得到持续稳定的推动力，使船获得比较高的航行速 度。
若船要逆风行驶，船的航