力学 橹的基本力学分析

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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。

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

作者： 张连敏   [责任编辑: 宋金玉]

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