初中语文课本选用了唐代诗人王湾的诗《次北固山下》:
客路青山外,行舟绿水前。
潮平两岸阔,风正一帆悬。
海日生残夜,江春入旧年。
乡书何处达?归雁洛阳边。
对其中“风正一帆悬”一句的解释往往是从文学角度阐述,语文老师还会讨论诗人不用“风顺”而用“风正”的原因,即仅“风顺”还不足以保证“一帆悬”,“悬”是端端直直地高挂着的样子。
那么,物理学家应该怎样正确地解释“风正”呢?根据力的分解原理可知,当帆与船的前进方向成45°角时,船能够最有效地利用与船行方向“正交”的侧风前进,这才是“正”的意义所在。
不失一般,当风向与帆的夹角是α,把风力F分解为沿着帆面的力Fcosα,和对帆面的正压力Fsinα≡F1。帆对船身的有效作用等于F1,它再分解为沿着船行方向和垂直于船行方向的两个力,力F2≡Fcosαsinα=(1/2)Fsin 2α,沿着船行方向,有助于船行,而垂直船前进方向的那个力被船底浸没在水中的挡板化解了,这就是为什么当帆与船的前进方向成45°时,船能够最有效地利用与船行方向“正交”的侧风前进。
船头在逆风条件下,帆船能前进吗?上述分析表明,只需要在前进的过程中不断地调整船身和船帆的方向,使帆船前进的路径成“之”字形就可以了。
所以现在语文书通解“风正一帆悬”为“顺风行船恰好把帆儿高悬”,是值得商榷的。
王湾不用“风顺一帆悬”,而用“风正一帆悬”,说明他坐过帆船,了解船要利用风力,在前进中帆应该是怎样挂的,风又是从什么方向刮来的。
当然,现代比赛用的帆船,结构更复杂,调整方向的方式也很多,就不在此文讨论之列了。
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