帆船逆风行驶

很难想象帆船是怎样逆风行驶的，或者按照水手的说法，“前侧风向”行驶。确实，水手告诉你们，正顶着风驾驶帆船是不可能的，帆船只能在跟风的方向成锐角时前进。但是这个锐角很小——大约只有直角的四分之一，约为是22°——不管是正顶着风或者跟风成22°的角度行驶，还是同样让人难以明白的。

但是实际上，这两种情况不是没有区别的。我们现在来解释帆船在与风成小的角度时是怎样逆风行驶的。首先我们来看一下，风一般是怎样对船帆起作用的，也就是说当风吹向帆船的时候，会把帆往哪里推。你们大概会觉得，风总是会把帆推到它所吹的方向去。但实际并不是这样：无论风向哪里吹，它总会把帆推到垂直于帆面的方向。

事实上，让我们假定图18箭头所指的方向就是风吹来的方向，AB线表示帆。因为风力是平均分布在整个帆面上的，也就是说用风力R代表压力，它作用在帆船中心。把这个力分解成两个：垂直于帆面的作用力Q和跟帆面平行的作用力P（图18右）。作用力P不能推动帆，因为风跟帆的摩擦太小了。剩下的作用力Q，沿着垂直于帆面的方向推动着帆。

认识到这一点，我们可以很容易地理解帆船如何在跟风成锐角时逆风行驶。让我们用KK线（图19）表示船的龙骨线。风沿着与这条线成锐角的方向吹。线AB表示帆面，把它放在那样的位置，使帆面刚好平分龙骨方向和风的方向之间的那个角。现在看图19中力的分解。风对帆的压力，我们用力Q来表示，这个力应该垂直于帆面。把这个力分解成两个力：力R垂直于龙骨，力S沿着龙骨线指向前面。因为船朝力B的方向运动时，遇到水的强大阻力（帆船的龙骨在水里很深），那么，力R几乎被水的阻力全部抵消了。剩下的只有一个力S，正如你们所见，它向前推动着帆船，因此，船是与风向成着一个角度前进，就好像在逆风里一样5。通常这种运动都是曲折行进，如图20所示，水手们把这种行船称做“抢风行船”。

图18　风总是依垂直帆面的方向推动船帆的。

图19　帆船是怎样逆风航行的。

图20　帆船逆风曲折行进。