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汪洋中的一条船之逆风飞扬的三角帆

作者:闲时乱翻书

先来看一段古文吧。

惠子谓庄子曰:"魏王贻我大瓠之种,我树之成,而实五石。以盛水浆,其坚不能自举也。剖之以为瓢,则瓠落无所容。非不呺然大也,吾为其无用而掊之。"庄子曰:"今子有五石之瓠,何不虑以为大樽,而浮于江湖,而忧其瓠落无所容?(引用有删节)

这说的是惠施与庄子的故事。大意就是魏王给了惠施一个葫芦种子,结出来的大葫芦可以容纳五石,用来盛水吧,质地太脆,剖开当瓢吧,又平又浅没法盛东西,我就干脆砸了,庄子说,你有这么大的葫芦,为什么不考虑系在腰上,浮游与江湖之上呢。

这大概是比较早的关于船的设想。

其实早在庄子之前,孔夫子就是说过,"道不行,乘桴浮于海。"这里孔夫子说的大概就是木筏之类的。

不过也可以看出,无论是孔子还是庄子,都对船不太了解,在他们更早的西周就有了船的记载,"水行而山处,以船为车,以楫为马,往如飘风,去则难从"。注意这个"往如飘风,去则难从",这说明当时的船只顺水时还行,逆水行舟就有点难了,看起来当时的船只还都比较小,难以漂洋过海。

要想去天涯海角,还得有帆船。

1、 众人划桨开大船

说起帆船,我们一定先想起的是"借东风",确实,只有帆船才需要借助风力,要都是摇撸划桨的船只,赤壁之战时就没有必要"借东风"了。

不过当时的船只还是要有人划船的,顺风时扯起风帆远航,逆风时则众人划桨开大船,因此当时的船只非强盛国力不能建。

元朝曾挥师扶桑,打算征服这个海外蕞尔小国,可是大海之上,一阵狂风,吹散了元朝水师,扶桑小国因此得以幸存,于是扶桑就天天宣传神风,以致于二战时,还玩出"神风敢死队"这种骚操作。

中国造船的巅峰在大明。鄱阳湖大战,朱元璋以弱势兵力战胜了陈友谅强大的水师,算得上又一次赤壁之战,这场水战简直就是赤壁之战的翻版,首先陈友谅把战船都练成了一片,其次鄱阳湖上刮来了一阵大风,最后,朱元璋用了火攻,当然了,也可能是是罗贯中根据鄱阳湖大战的情况加工了一下放到三国演义中去了。

还是要说到郑和下西洋,郑和下西洋的宝船不但是中国造船史的巅峰,也是当时世界造船业的巅峰。

汪洋中的一条船之逆风飞扬的三角帆

宝船模型

据《瀛涯胜览》中记载,"宝船六十三只,大者长四十四丈四尺,阔一十八丈,中者长三十七丈,阔一十五丈。"随郑和下西洋的龚珍在《西洋番国志》中记录:"其所乘之宝舟,体势巍然,巨无以敌。蓬、帆、摇橹,非二三百人莫能举动。"这已经是海上巨无霸了,相当于今天的航母了。

汪洋中的一条船之逆风飞扬的三角帆

郑和舰队

这是郑和的宝船,宝船上船帆上都是和船身垂直,所以也叫做横帆,为了保证更大的风力,船帆也做成了四边形,在顺风时,自然是浩浩荡荡,纵横四海。可是如此宝船,远航时还是只能靠海岸线行驶,难以远渡重洋,问题到底出在了哪呢?

问题就出在了船帆上,无论是郑和的宝船,还是赤壁之战时曹操的艨艟斗舰,都是横帆,也就是四角帆,好处就是易于操作,风量大,而坏处也是显而易见的,就是只能顺风而行,逆风时只能落帆,靠人力划桨前进。

而大海之上,气候变幻莫测,不能逆风而行终究是难以远涉重洋,所以郑和下西洋也大多依靠海岸线航行,至少风大的时候可以靠岸修整。

要想纵横四海,还得有新的技术出现。

2、 漂洋过海来看你

这个新技术就是三角帆,三角帆船帆布置和船身方向平行,所以又叫纵帆。

汪洋中的一条船之逆风飞扬的三角帆

三角帆帆船

算起来,三角帆并不是什么新技术,早在阿拉伯事情就已经有了,看起来,《一千零一夜》中那么多的航海故事并不只是传说,当时的阿拉伯人就有漂洋过海的能力。但是三角帆的盛行还是在大航海时代。

那么三角帆是如何逆风飞扬的呢?

先说一个故事吧。

1912年,远洋货轮"奥林匹克号"正在大海上航行。一艘铁甲巡洋舰"豪克号"从后面追了上来,结果"奥林匹克号"的船舷被撞了一个大洞。

这绝对是一桩严重的海事事件。事后,在海事法庭上,"豪克号"船长声称他从来没有发出转舵的命令,"豪克号"的水手也证明自己无论如何操作都不能改变船撞向"奥林匹亚号"。那到底是怎么回事呢?莫非真的有鬼吗?

还真是有鬼,这个鬼就是伯努利原理。伯努利原理到底是什么鬼呢?

我们来复习一下物理知识,中学时我们都做过一个实验,就是用嘴吹两张纸,结果是越吹越近。

汪洋中的一条船之逆风飞扬的三角帆

这个其实就是伯努利原理,由丹尼尔.伯努利提出,为什么要把他的全名说出来,因为他这个姓太伟大了,他伯伯他爸爸还有他兄弟都是科学家,要是不说全名,还真不好说是哪个伯努利,不过他这个传奇家族与众不同,别的家族比如居里家族都是团结一致,伯努利家族却是勾心斗角。

好了,返回来继续说伯努利原理,伯努利原理简单说来就是在水流或气流里,如果速度小,压强就大,如果速度大,压强就小。

这个在生活中很常见,用上面的吹纸的实验来说一下吧,因为吹气使得两张纸中间的气流速度加快,那么纸中间的压强就变小了,而纸两边的压强没有变化,自然就将两张纸压在了一起。

在"豪克号"和"奥林匹克号"并行时,两船之间的水流速度快,这就好像我们向两张纸中间吹气一样,依据伯努利原理,速度快压强就小,而两船外侧的水流速度慢压强就大,这样两者的压力差就会使得两船靠近,由于"豪克号"远比"奥林匹克号"小,所以看起来就象是"豪克号"撞了过去。

同样,在火车进站的时候,车站工作人员总是嘱咐大家在黄线以外,也是避免大家主动"撞"向火车。

飞机就是利用伯努利原理飞行的。

汪洋中的一条船之逆风飞扬的三角帆

飞机的飞行原理

这是机翼的剖面图,当飞机在跑道上滑行的时候,空气通过机翼上方和下方的时间是相同的,但是由于机翼上方是弧形的,路程要长一点,所以就快一点,这就好比是两个人赛跑,一个人沿着跑道跑,一个人从操场中间插过去,要想同时到达,沿着跑道跑的同学就要快一点。

既然机翼上方的空气流速快了,那么依据伯努利原理,压强自然就小了,这样机翼下面和上面就会产生一个压力差,这个压力差就把飞机托了起来。

说清楚了飞机的原理,帆船逆风就好说了,因为这本来就是把机翼竖起来啊。

汪洋中的一条船之逆风飞扬的三角帆

三角帆

左边呢,就是鼓起来的三角帆,由于背风面的空气流动速度快,压强就小,迎风面空气流动速度慢压强就大,这跟上面所说的飞机机翼是一样的,这样就会产生一个迎风面向背风面的推力,由于是竖帆,就是船帆和船身是平行的,就会把船向背风面推,这和"豪克号"撞向"奥林匹克号"道理是一样的。

要是这么一直推下去呢,船可能就要翻了,我们虽然叫帆船但不是为了翻船,所以就调整一下船头的方向。

汪洋中的一条船之逆风飞扬的三角帆

这样帆船就可以前进了,具体的航行方式可以看下图。

汪洋中的一条船之逆风飞扬的三角帆

红色箭头就是风向,帆船就是这么之字形向前航行。

那么横帆也就是四角帆为什么不能这么前进呢?首先横帆是和船身垂直的,当然可以通过调节帆索调节一点船帆的角度,但是不能调节太多,否则就成了竖帆了,那就干脆用竖帆算了,这样也可以逆风前行,但是呢,因为是四角帆,不能形成类似于机翼的流线型剖面,这样对风的利用效率就很低了。

要是两个在顺风时速度差不多的三角帆船和四角帆船,逆风时速度能相差4—5倍,所以在阴晴不定风向变换的大海上,还是三角帆更占优势。

正是因为三角帆船的出现,使得远渡重洋成为可能,哥伦布麦哲伦正是驾驶着帆船,开始了大航海时代。

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