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力學(xué) 櫓的基本力學(xué)分析

2015-11-23 15:59  來源： 科普中國-科學(xué)原理一點通

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知識點：升力，簡而言之，就是壓力差。飛機在空中飛行而不會掉下來的原因就是升力使然。

對航海有興趣的同學(xué)，應(yīng)該對維京時代的單桅獨帆不會陌生。那時候的船，船帆兩面都掛上麻繩編制的網(wǎng)，可以防止船帆被強風(fēng)撕裂。帆船會有很多槳來提供動力。船的最上層蒙板上，一般會開鑿出若干小孔，五米長的木漿從孔里伸出。你只要數(shù)一數(shù)有多少槳孔，就可以算出這船在當年風(fēng)行海上時，配備了多少槳位了。

這些單桅獨帆，是沒有船舵的，不過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？

說到船櫓，就要提起木漿的祖師爺魯班。這位春秋時期魯國的發(fā)明家，一天在河邊看到魚兒在水中揮尾前進，他立馬腦洞大開，削木為櫓。這個傳說未必真實，不過東漢劉熙在《釋名釋船》中，也對櫓作出了解釋，說它省力且高效，有一櫓三槳之說，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工具，船夫用力劃一下，船就被推著前進，接著再劃回來，做第二次功，如此反復(fù)地間歇性做功，讓船緩緩前進。櫓長得跟槳外形相似，但是塊頭更大一些。就像維京人的單桅獨帆似的，櫓一般支在船尾，有的也會支在船一側(cè)的櫓檐上，一端入水，一端系在船上，用手搖動櫓檐繩，櫓板左右搖動，船與水接觸的前后部分隨之產(chǎn)生壓力差，有力推動船只前進，就像魚兒擺動尾巴那樣。

從上面的說明中，便可看出，槳是間歇性做功，而櫓是一種連續(xù)性的推進工具，而且具有操縱船舶回轉(zhuǎn)的功能。因此，古人所說的一櫓三槳便不足為奇了。不過，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，簡而言之，就是壓力差。飛機在空中飛行而不會掉下來的原因就是升力使然，飛行中氣流向后沖，機翼下面較平，氣流通過速度穩(wěn)定，幾乎不變，而機翼上端微程弧形，氣流被擠壓，流通速度變快，速度快，壓力就會小，機翼下面壓力大，上面壓力小，從而有了壓力差，即升力。升力垂直于機翼向上，飛機自然不會掉下。

水跟空氣一樣，同為流體，櫓在水中和飛機機翼利用空氣的升力原理是一樣的。搖櫓是將櫓柄一推一拉，來回搖動，同時櫓板也隨著搖櫓一來一去地在水中劃動。如果櫓板只是單純的在水中來回攪動，并不會產(chǎn)生把船向前的推力。船夫在推拉櫓柄時通過牽動櫓索調(diào)整櫓板平面的角度，使櫓板平面與櫓板的運動方向之間始終存在一個正的攻角。如果把櫓板看作一個置于水中的機翼，這個攻角會使機翼產(chǎn)生升力。船就是在這個升力的水平分力推動下不斷前進的。只要掌握搖櫓的技巧，使櫓板形成適當?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，比例能達二十比一，所以，和槳相比，櫓可謂是高效的推進器。

作者：張連敏

作者： 張連敏   [責任編輯: 宋金玉]

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