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帆船靠风力行驶,为何速度是风速的近3倍?还能逆风行驶?

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帆船没有发动机,唯一的动力来源就是风,可它却能跑得比风还快,不但能顺风航行,还能逆着风跑,这究竟是什么原理呢?

帆船是一种古老的海上交通工具,至今为止已经有5000多年的历史,经过不断的改进和升级,现代帆船快到超乎你的想象,在我们的印象里,帆船是被海面上的风吹着跑的,而且船在前行时,还会受到水的阻力,所以很多人都认为,船的速度不可能大于风速,但现实却是,帆船的速度可以比风速快很多,比如风帆火箭2号,它在风速为46千米每小时的情况下,航行速度达到了126千米每小时,是风速的2.7倍,是不是很不可思议?这究竟是怎么做到的呢?

现代帆船利用的,其实是伯努利原理,初中物理好的同学应该都知道,空气流动速度越快,压强就越小,通过船帆形状的不同,来制造压强差,利用横向升力来给船提供动力,这和机翼的原理是一样的。船在行驶时,其实很少顺着风跑,而是存在一定的角度,当海风划过帆两侧时,产生的升力是垂直于风向的,这时想让船前行,就得让风从船的正侧面吹过来,然后调整帆的方向,让它与风形成一个夹角,就能为船提供动力。

帆船靠风提供动力,为何速度却能达到风速的近三倍?

帆船在行驶的过程中,能自己创造出一个大于风速的推力,这虽然听起来很不可思议,但还真有一定的科学依据,这是因为物体在运动时,具有一定的相对性,这一点我们在日常生活也能体会到,比如晨跑和骑车时,在没有风的情况下,我们依旧能感受到一股风吹在脸上,这也就是我们常说的迎面风。

船静止不动时,海面上吹来的风叫真风,只要调整帆的方向,就能通过风力获得一个加速度,这时船就会向前行使,同时会产生一股迎面风,真风和迎面风叠加起来,一定会大于真风的速度,这也就是船速能大于真风速度的原因。

而且不管是真风、叠加风还是船速,都是矢量,在真风速度不变的情况下,船速越快,叠加风越大,推力也随之增大,船速又更上一个台阶,船速和叠加风相互作用,彼此循环,可以使得船速越来越快,这时有朋友就要问了,如此循环下去,岂不是可以无限加速,赶超光速?

这当然是不可能的,因为叠加风不仅有大小,还有方向,当叠加风增加到一定大小时,方向就会和船速相反,这时它就成了阻力,而不是动力,况且还有海水的阻力。

帆船明明没有发动机,为什么却能逆风而行?

帆船在大海中航行时,风是它唯一的动力来源,所以在很多人看来,帆船只能顺风前行,可实际上帆船在逆风时也能前行,这又是什么原理呢?

俗话说好船家会使八面风,其实船在行驶时,最佳的方向不是顺风前行,而是有一定的角度,因为在完全顺风的情况下,船只的速度是无法掌控的,很可能会出现失控的状态,只有不断调整帆的角度,使它跟风速保持一定的角度,才能顺利前行。

那么帆船是如何实现逆风前行的呢?这依旧和伯努利原理有关,现代船帆的设计和机翼相似,拥有一定的弧度,当海风吹来时,船长会将帆调整到适合的角度,使其两面产生压强差,如此就可以获得一股推力,即使逆风也可以航行,而这一点所依靠的,完全是船长对风力的把控程度,如果把控不当,很有可能帆船变翻船,所以才会有好船家能使八面风的俗语。

正是因为对风力的把控很讲究技巧,帆船还被列入了奥运会的比赛项目中,逐渐发展成了一项竞技运动,那么你支持帆船入选奥运会吗

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