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汪洋中的一條船之逆風飛揚的三角帆

作者:閑時亂翻書

先來看一段古文吧。

惠子謂莊子曰:"魏王贻我大瓠之種,我樹之成,而實五石。以盛水漿,其堅不能自舉也。剖之以為瓢,則瓠落無所容。非不呺然大也,吾為其無用而掊之。"莊子曰:"今子有五石之瓠,何不慮以為大樽,而浮于江湖,而憂其瓠落無所容?(引用有删節)

這說的是惠施與莊子的故事。大意就是魏王給了惠施一個葫蘆種子,結出來的大葫蘆可以容納五石,用來盛水吧,質地太脆,剖開當瓢吧,又平又淺沒法盛東西,我就幹脆砸了,莊子說,你有這麼大的葫蘆,為什麼不考慮系在腰上,浮遊與江湖之上呢。

這大概是比較早的關于船的設想。

其實早在莊子之前,孔夫子就是說過,"道不行,乘桴浮于海。"這裡孔夫子說的大概就是木筏之類的。

不過也可以看出,無論是孔子還是莊子,都對船不太了解,在他們更早的西周就有了船的記載,"水行而山處,以船為車,以楫為馬,往如飄風,去則難從"。注意這個"往如飄風,去則難從",這說明當時的船隻順水時還行,逆水行舟就有點難了,看起來當時的船隻還都比較小,難以漂洋過海。

要想去天涯海角,還得有帆船。

1、 衆人劃槳開大船

說起帆船,我們一定先想起的是"借東風",确實,隻有帆船才需要借助風力,要都是搖撸劃槳的船隻,赤壁之戰時就沒有必要"借東風"了。

不過當時的船隻還是要有人劃船的,順風時扯起風帆遠航,逆風時則衆人劃槳開大船,是以當時的船隻非強盛國力不能建。

元朝曾揮師扶桑,打算征服這個海外蕞爾小國,可是大海之上,一陣狂風,吹散了元朝水師,扶桑小國是以得以幸存,于是扶桑就天天宣傳神風,以緻于二戰時,還玩出"神風敢死隊"這種騷操作。

中國造船的巅峰在大明。鄱陽湖大戰,朱元璋以弱勢兵力戰勝了陳友諒強大的水師,算得上又一次赤壁之戰,這場水戰簡直就是赤壁之戰的翻版,首先陳友諒把戰船都練成了一片,其次鄱陽湖上刮來了一陣大風,最後,朱元璋用了火攻,當然了,也可能是是羅貫中根據鄱陽湖大戰的情況加工了一下放到三國演義中去了。

還是要說到鄭和下西洋,鄭和下西洋的寶船不但是中國造船史的巅峰,也是當時世界造船業的巅峰。

汪洋中的一條船之逆風飛揚的三角帆

寶船模型

據《瀛涯勝覽》中記載,"寶船六十三隻,大者長四十四丈四尺,闊一十八丈,中者長三十七丈,闊一十五丈。"随鄭和下西洋的龔珍在《西洋番國志》中記錄:"其所乘之寶舟,體勢巍然,巨無以敵。蓬、帆、搖橹,非二三百人莫能舉動。"這已經是海上巨無霸了,相當于今天的航母了。

汪洋中的一條船之逆風飛揚的三角帆

鄭和艦隊

這是鄭和的寶船,寶船上船帆上都是和船身垂直,是以也叫做橫帆,為了保證更大的風力,船帆也做成了四邊形,在順風時,自然是浩浩蕩蕩,縱橫四海。可是如此寶船,遠航時還是隻能靠海岸線行駛,難以遠渡重洋,問題到底出在了哪呢?

問題就出在了船帆上,無論是鄭和的寶船,還是赤壁之戰時曹操的艨艟鬥艦,都是橫帆,也就是四角帆,好處就是易于操作,風量大,而壞處也是顯而易見的,就是隻能順風而行,逆風時隻能落帆,靠人力劃槳前進。

而大海之上,氣候變幻莫測,不能逆風而行終究是難以遠涉重洋,是以鄭和下西洋也大多依靠海岸線航行,至少風大的時候可以靠岸修整。

要想縱橫四海,還得有新的技術出現。

2、 漂洋過海來看你

這個新技術就是三角帆,三角帆船帆布置和船身方向平行,是以又叫縱帆。

汪洋中的一條船之逆風飛揚的三角帆

三角帆帆船

算起來,三角帆并不是什麼新技術,早在阿拉伯事情就已經有了,看起來,《一千零一夜》中那麼多的航海故事并不隻是傳說,當時的阿拉伯人就有漂洋過海的能力。但是三角帆的盛行還是在大航海時代。

那麼三角帆是如何逆風飛揚的呢?

先說一個故事吧。

1912年,遠洋貨輪"奧林匹克号"正在大海上航行。一艘鐵甲巡洋艦"豪克号"從後面追了上來,結果"奧林匹克号"的船舷被撞了一個大洞。

這絕對是一樁嚴重的海事事件。事後,在海事法庭上,"豪克号"船長聲稱他從來沒有發出轉舵的指令,"豪克号"的水手也證明自己無論如何操作都不能改變船撞向"奧林匹亞号"。那到底是怎麼回事呢?莫非真的有鬼嗎?

還真是有鬼,這個鬼就是伯努利原理。伯努利原理到底是什麼鬼呢?

我們來複習一下實體知識,中學時我們都做過一個實驗,就是用嘴吹兩張紙,結果是越吹越近。

汪洋中的一條船之逆風飛揚的三角帆

這個其實就是伯努利原理,由丹尼爾.伯努利提出,為什麼要把他的全名說出來,因為他這個姓太偉大了,他伯伯他爸爸還有他兄弟都是科學家,要是不說全名,還真不好說是哪個伯努利,不過他這個傳奇家族與衆不同,别的家族比如居裡家族都是團結一緻,伯努利家族卻是勾心鬥角。

好了,傳回來繼續說伯努利原理,伯努利原理簡單說來就是在水流或氣流裡,如果速度小,壓強就大,如果速度大,壓強就小。

這個在生活中很常見,用上面的吹紙的實驗來說一下吧,因為吹氣使得兩張紙中間的氣流速度加快,那麼紙中間的壓強就變小了,而紙兩邊的壓強沒有變化,自然就将兩張紙壓在了一起。

在"豪克号"和"奧林匹克号"并行時,兩船之間的水流速度快,這就好像我們向兩張紙中間吹氣一樣,依據伯努利原理,速度快壓強就小,而兩船外側的水流速度慢壓強就大,這樣兩者的壓力差就會使得兩船靠近,由于"豪克号"遠比"奧林匹克号"小,是以看起來就象是"豪克号"撞了過去。

同樣,在火車進站的時候,車站從業人員總是囑咐大家在黃線以外,也是避免大家主動"撞"向火車。

飛機就是利用伯努利原理飛行的。

汪洋中的一條船之逆風飛揚的三角帆

飛機的飛行原理

這是機翼的剖面圖,當飛機在跑道上滑行的時候,空氣通過機翼上方和下方的時間是相同的,但是由于機翼上方是弧形的,路程要長一點,是以就快一點,這就好比是兩個人賽跑,一個人沿着跑道跑,一個人從操場中間插過去,要想同時到達,沿着跑道跑的同學就要快一點。

既然機翼上方的空氣流速快了,那麼依據伯努利原理,壓強自然就小了,這樣機翼下面和上面就會産生一個壓力差,這個壓力差就把飛機托了起來。

說清楚了飛機的原理,帆船逆風就好說了,因為這本來就是把機翼豎起來啊。

汪洋中的一條船之逆風飛揚的三角帆

三角帆

左邊呢,就是鼓起來的三角帆,由于背風面的空氣流動速度快,壓強就小,迎風面空氣流動速度慢壓強就大,這跟上面所說的飛機機翼是一樣的,這樣就會産生一個迎風面向背風面的推力,由于是豎帆,就是船帆和船身是平行的,就會把船向背風面推,這和"豪克号"撞向"奧林匹克号"道理是一樣的。

要是這麼一直推下去呢,船可能就要翻了,我們雖然叫帆船但不是為了翻船,是以就調整一下船頭的方向。

汪洋中的一條船之逆風飛揚的三角帆

這樣帆船就可以前進了,具體的航行方式可以看下圖。

汪洋中的一條船之逆風飛揚的三角帆

紅色箭頭就是風向,帆船就是這麼之字形向前航行。

那麼橫帆也就是四角帆為什麼不能這麼前進呢?首先橫帆是和船身垂直的,當然可以通過調節帆索調節一點船帆的角度,但是不能調節太多,否則就成了豎帆了,那就幹脆用豎帆算了,這樣也可以逆風前行,但是呢,因為是四角帆,不能形成類似于機翼的流線型剖面,這樣對風的利用效率就很低了。

要是兩個在順風時速度差不多的三角帆船和四角帆船,逆風時速度能相差4—5倍,是以在陰晴不定風向變換的大海上,還是三角帆更占優勢。

正是因為三角帆船的出現,使得遠渡重洋成為可能,哥倫布麥哲倫正是駕駛着帆船,開始了大航海時代。

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