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力学 橹的基本力学分析

发布时间:2016-03-17 08:09

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力学 橹的基本力学分析

2015-11-23 15:59  来源: 科普中国-科学原理一点通

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知识点:升力,简而言之,就是压力差。飞机在空中飞行而不会掉下来的原因就是升力使然。

对航海有兴趣的同学,应该对维京时代的单桅独帆不会陌生。那时候的船,船帆两面都挂上麻绳编制的网,可以防止船帆被强风撕裂。帆船会有很多桨来提供动力。船的最上层蒙板上,一般会开凿出若干小孔,五米长的木浆从孔里伸出。你只要数一数有多少桨孔,就可以算出这船在当年风行海上时,配备了多少桨位了。

这些单桅独帆,是没有船舵的,不过船的后部装有巨大的橹。既然已经有那么多船桨了,干嘛还要有橹呢?

说到船橹,就要提起木浆的祖师爷鲁班。这位春秋时期鲁国的发明家,一天在河边看到鱼儿在水中挥尾前进,他立马脑洞大开,削木为橹。这个传说未必真实,不过东汉刘熙在《释名释船》中,也对橹作出了解释,说它省力且高效,有一橹三桨之说,即橹的效率是船桨的三倍。

我们知道,船桨是最原始的船舶推进工具,船夫用力划一下,船就被推着前进,接着再划回来,做第二次功,如此反复地间歇性做功,让船缓缓前进。橹长得跟桨外形相似,但是块头更大一些。就像维京人的单桅独帆似的,橹一般支在船尾,有的也会支在船一侧的橹檐上,一端入水,一端系在船上,用手摇动橹檐绳,橹板左右摇动,船与水接触的前后部分随之产生压力差,有力推动船只前进,就像鱼儿摆动尾巴那样。

力学 橹的基本力学分析

从上面的说明中,便可看出,桨是间歇性做功,而橹是一种连续性的推进工具,而且具有操纵船舶回转的功能。因此,古人所说的一橹三桨便不足为奇了。不过,橹的效率高,除了连续做功的功劳外,还有水的升力在帮忙。那么,,什么是升力呢?升力,简而言之,就是压力差。飞机在空中飞行而不会掉下来的原因就是升力使然,飞行中气流向后冲,机翼下面较平,气流通过速度稳定,几乎不变,而机翼上端微程弧形,气流被挤压,流通速度变快,速度快,压力就会小,机翼下面压力大,上面压力小,从而有了压力差,即升力。升力垂直于机翼向上,飞机自然不会掉下。

水跟空气一样,同为流体,橹在水中和飞机机翼利用空气的升力原理是一样的。摇橹是将橹柄一推一拉,来回摇动,同时橹板也随着摇橹一来一去地在水中划动。如果橹板只是单纯的在水中来回搅动,并不会产生把船向前的推力。船夫在推拉橹柄时通过牵动橹索调整橹板平面的角度,使橹板平面与橹板的运动方向之间始终存在一个正的攻角。如果把橹板看作一个置于水中的机翼,这个攻角会使机翼产生升力。船就是在这个升力的水平分力推动下不断前进的。只要掌握摇橹的技巧,使橹板形成适当的攻角及摇速,不但能产生很大的升力,阻力还很小,有时,比例能达二十比一,所以,和桨相比,橹可谓是高效的推进器。

作者:张连敏

力学 橹的基本力学分析

作者: 张连敏   [责任编辑: 宋金玉]

相关稿件 升力,机翼,船桨



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