帆船运动学原理.docx

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帆船运动学原理

帆船运动学原理

帆船、帆板运动的力学原理简介

浙江省上虞市春晖中学　陈炳龙

帆船、帆板运动是奥运会的比赛项目，这项运动被越来越多的人所喜爱。

但要想学会驶帆，必须首先弄清它的力学原理。

1帆船的动力来源

一般人对于帆船往往认为是被风推着跑的。

其实风的动力以两种形式作用于帆，如图1、图2所示，帆船的最大动力来源是所谓的“伯努利效应”。

我们知道，当空气流动得快的时候，在正面挡住它的物体就会受到空气的冲击，这种冲击产生的压力我们称为动压力。

当帆船如图1所示顺风行驶时，就是空气对帆的动压力推动帆船前进的。

由“流速增加，压强降低”的伯努利原理知道，当空气向一个方向流动时，它向侧面作用的力就要相对减小。

也就是说气体流动速度越大的地方，动压力压强越大，而静压力压强越小。

流速愈小的地方，动压力压强愈小而静压力压强愈大。

这样气体流速小的地方对流速大的地方就会产生一个侧向的压力，这个力称为静压力。

当迎风驶帆时，如图2所示，船正是在风的静压力推动下前进的。

改变航向，帆船主要靠航。

帆板则靠帆的位置和重力的中心的转变。

如图9是帆船靠舵改变航向的原理示意图。

当船在行驶时，水流给舵一个垂直航面的力F，F的一个分力F1能使船产生旋转，另一个分力F2阻挡船前进。

由于F2对船起阻力作用，所以转向时舵角一般不要推得太大。

当然，要完成转向动作，除了航以外，还要和帆的位置，船员的移动相配合。

帆板的转向，当运动员把能活动的桅杆倒向下风后方，板首就向迎风转，相反把桅杆倒向上风前方，板首就离风偏转。

通过桅杆的倒动，移动帆心，使帆板产生了旋转的力矩，从而促使其转向。

由上可见，驾驶帆船和帆板有一定的技术难度，但它能回馈给你的成就感与刺激感也高。

只要你认真学习，积极操练，不久就可以体验御风而行的快感了。

风帆的的力学原理（物理）

一般人对于帆船往往认为是被风推着跑的。

其实风的动力以两种形式作用于帆，如图我们知道，当空气流动得快的时候，在正面挡住它的物体就会受到空气的冲击，这种冲击产生的压力我们称为动压力。

当帆船如图1所示顺风行驶时，就是空气对帆的动压力推动帆船前进的。

由“流速增加，压强降低”的伯努利原理知道，当空气向一个方向流动时，它向侧面作用的力就要相对减小。

也就是说气体流动速度越大的地方，动压力压强越大，而静压力压强越小。

流速愈小的地方，动压力压强愈小而静压力压强愈大。

这样气体流速小的地方对流速大的地方就会产生一个侧向的压力，这个力称为静压力。

当迎风驶帆时，船正是在风的静压力推动下前进的帆所受静压力的产生，主要是帆具有像机翼一样的弧形。

我们把帆的横截面和机翼的横截面对照一下，就可以看到它们的共同点。

如图3所示，当气流通过帆或机翼时，由于机翼上面和帆的前面的气流要走更长的距离来和机翼下面和帆后面的气流相会合，因而就加快了流速，使帆的前面和后面及机翼的上面和底面的气流产生了不同的流速。

流速慢处的压强比流速快处的静压强大，这个压强差使机翼产生了向上的升力，也使帆获得了向前的动力，如图4所示。

在这里不妨也称它为“升力”。

帆船的运动原理之角度

A,风向角：

感觉风与船体首尾线的

B,帆角：

帆弦线（通常指帆杆）与船体首尾线的夹角

C， 迎角：

感觉风与帆弦线的夹角

帆船的运动原理之浮升力

4, 帆船的运动原理之浮升力

浮升力

  A、帆船在顺风前进时，

帆船所受的动力原理——降

落伞效应。

顺风航时，移动

的空气分子被迫分开，向邻

近的气流挤压著吹过帆船。

  如图示；当前进的气流

碰到帆时，前进中的气流因

被帆兜住不被分开而一直推

挤帆面使帆船顺风前进。

  如图示；当前进的气流

碰到帆时，前进中的气流因

被帆兜住不被分开而一直椎

挤帆面使帆船顺风前进

B当帆船做迎风航

行时，其帆所受的作用

力原理——机翼原理，

  当风沿着机翼形成、、

上下两股风流。

流动距

离增大造成上方风流流

速加快，形成一定的气

压差，机翼下方风流的

浮升力将机翼向上托

起

帆船的运动原理之抵抗力

  为了让帆船前进，就必须

抵抗住风往横方向产生的力

量。

这种力就叫抵抗力，、它是

依靠安装在帆船底部的稳向板

和舵产生的。

抵抗力会与风的

横向压力抵消掉一部分，但残

存的横向压力和帆板的前进力

形成一种合力，亲推动帆船斜

向前进。

帆船的运动原理浮升力中心和水中抵抗4

c、在航行中帆船向下风推

舵时：

  阻力中心位置就会向前

移，于是浮升力作用线与阻

力线之间产生转动力矩。

那『

么帆板的前进方向便会如箭

头所示。

船体会做迎风偏转

帆船教程帆船的运动原理浮升力中心和水中抵抗2

帆船的运动原理浮升力中心和水中抵抗2

 A、当帆船的尾舵与船体成

  条直线时：

    浮升力中心（效力中心）

  与水中抵抗力心（水中阻力中

  心）在一条直线上，帆船的扭

  转力矩为0，帆船就会沿着箭

  头的指向直线前进

帆船教程帆船的运动原理浮升力中心和水中抵抗

帆船的运动原理浮升力中心和水中抵抗

1、帆所产生的浮升力的中心点，

叫做浮升力中心，也称效力中心。

2、阻碍帆船横方向移动的抵抗力

的中心点，叫水中侧面抵抗中心，

也称水中阻力中心。

  浮升力中心点和水中侧面抵抗

中心的位置关系是通过操纵帆船的

尾舵来实现的。