世界杯帆船为什么那么快?

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看了一下题目,题主大概是想问,在帆板上,为什么风帆能提供那么大的助力。 风力发动机的原理其实非常简单,就像我上面这个图所展示的,当海面有风吹过的时候,帆板受到一个向前的力F,这个力分解到两个方向上,一个是沿着帆板前进的方向,也就是向下的分量(图中D),另一个是垂直于帆板前进方向的分力(图中C),因为海水总是流动的,所以有了向上的风力推动,帆板就会向前移动。

当然,这个图只是理想情况下的受力分析,真实情况要复杂很多,比如要考虑风向的问题,但是大致原理就是这样的。 你可能会问,风越大是不是船越快呢?这个问题就问对了,一般情况下,风越大船的速度越高,但是是有极限值的,具体数值与风帆的种类有关,不同类型的航速曲线是不同的。 如果把各种条件都理想化,只考虑最大乘波速度的情况下,一艘帆船可以行驶到最高速度的90%左右,而一艘现代高速帆船甚至可以接近100%。 这个值怎么得到的呢?实际上就是利用流体力学中的伯努利方程来推算的。 伯努利方程全名为“伯努利压力定律”,用公式表示为p+μgh=constant 其中p代表压强,μ代表液体的动力粘度,g代表重力加速度,h代表浸在水中的深度。 当没有风的情形下,也就是船舶处于静水状态时,根据上述关系式就可以推导出船的最快速度。

如果风的作用方向和船的运动方向一致,则船可以快速加速,当达到一定的迎角后,空气阻力会大于水阻,这时如果不加减速,那么将一直以该速度运动下去;但是如果风的方向和船体运动方向成一定角度,则需要在数学上进行复杂的求解,最终结果还是会受到最大适航速度和船体强度等因素的限制。 所以,从物理本质上讲,风对于帆船的作用实际上是非常有限的,所谓的“风的力量”其实是海流水动力推进帆船的视觉效果。

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