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力學(xué) 櫓的基本力學(xué)分析

2015-11-23 15:59  來(lái)源： 科普中國(guó)-科學(xué)原理一點(diǎn)通

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知識(shí)點(diǎn)：升力，簡(jiǎn)而言之，就是壓力差。飛機(jī)在空中飛行而不會(huì)掉下來(lái)的原因就是升力使然。

對(duì)航海有興趣的同學(xué)，應(yīng)該對(duì)維京時(shí)代的單桅獨(dú)帆不會(huì)陌生。那時(shí)候的船，船帆兩面都掛上麻繩編制的網(wǎng)，可以防止船帆被強(qiáng)風(fēng)撕裂。帆船會(huì)有很多槳來(lái)提供動(dòng)力。船的最上層蒙板上，一般會(huì)開(kāi)鑿出若干小孔，五米長(zhǎng)的木漿從孔里伸出。你只要數(shù)一數(shù)有多少槳孔，就可以算出這船在當(dāng)年風(fēng)行海上時(shí)，配備了多少槳位了。

這些單桅獨(dú)帆，是沒(méi)有船舵的，不過(guò)船的后部裝有巨大的櫓。既然已經(jīng)有那么多船槳了，干嘛還要有櫓呢？

說(shuō)到船櫓，就要提起木漿的祖師爺魯班。這位春秋時(shí)期魯國(guó)的發(fā)明家，一天在河邊看到魚(yú)兒在水中揮尾前進(jìn)，他立馬腦洞大開(kāi)，削木為櫓。這個(gè)傳說(shuō)未必真實(shí)，不過(guò)東漢劉熙在《釋名釋船》中，也對(duì)櫓作出了解釋?zhuān)f(shuō)它省力且高效，有一櫓三槳之說(shuō)，即櫓的效率是船槳的三倍。

我們知道，船槳是最原始的船舶推進(jìn)工具，船夫用力劃一下，船就被推著前進(jìn)，接著再劃回來(lái)，做第二次功，如此反復(fù)地間歇性做功，讓船緩緩前進(jìn)。櫓長(zhǎng)得跟槳外形相似，但是塊頭更大一些。就像維京人的單桅獨(dú)帆似的，櫓一般支在船尾，有的也會(huì)支在船一側(cè)的櫓檐上，一端入水，一端系在船上，用手搖動(dòng)櫓檐繩，櫓板左右搖動(dòng)，船與水接觸的前后部分隨之產(chǎn)生壓力差，有力推動(dòng)船只前進(jìn)，就像魚(yú)兒擺動(dòng)尾巴那樣。

從上面的說(shuō)明中，便可看出，槳是間歇性做功，而櫓是一種連續(xù)性的推進(jìn)工具，而且具有操縱船舶回轉(zhuǎn)的功能。因此，古人所說(shuō)的一櫓三槳便不足為奇了。不過(guò)，櫓的效率高，除了連續(xù)做功的功勞外，還有水的升力在幫忙。那么，，什么是升力呢？升力，簡(jiǎn)而言之，就是壓力差。飛機(jī)在空中飛行而不會(huì)掉下來(lái)的原因就是升力使然，飛行中氣流向后沖，機(jī)翼下面較平，氣流通過(guò)速度穩(wěn)定，幾乎不變，而機(jī)翼上端微程弧形，氣流被擠壓，流通速度變快，速度快，壓力就會(huì)小，機(jī)翼下面壓力大，上面壓力小，從而有了壓力差，即升力。升力垂直于機(jī)翼向上，飛機(jī)自然不會(huì)掉下。

水跟空氣一樣，同為流體，櫓在水中和飛機(jī)機(jī)翼利用空氣的升力原理是一樣的。搖櫓是將櫓柄一推一拉，來(lái)回?fù)u動(dòng)，同時(shí)櫓板也隨著搖櫓一來(lái)一去地在水中劃動(dòng)。如果櫓板只是單純的在水中來(lái)回?cái)噭?dòng)，并不會(huì)產(chǎn)生把船向前的推力。船夫在推拉櫓柄時(shí)通過(guò)牽動(dòng)櫓索調(diào)整櫓板平面的角度，使櫓板平面與櫓板的運(yùn)動(dòng)方向之間始終存在一個(gè)正的攻角。如果把櫓板看作一個(gè)置于水中的機(jī)翼，這個(gè)攻角會(huì)使機(jī)翼產(chǎn)生升力。船就是在這個(gè)升力的水平分力推動(dòng)下不斷前進(jìn)的。只要掌握搖櫓的技巧，使櫓板形成適當(dāng)?shù)墓ソ羌皳u速，不但能產(chǎn)生很大的升力，阻力還很小，有時(shí)，比例能達(dá)二十比一，所以，和槳相比，櫓可謂是高效的推進(jìn)器。

作者：張連敏

作者： 張連敏   [責(zé)任編輯: 宋金玉]

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