天天看热讯：帆船的唯一动力就是风，所以船速必然小于风速？

2023-03-11 22:15:37 来源：科普中国

相比以大型柴油机为动力的现代船舶而言，帆船绝对称得上是一种古老的水上交通工具了，它的出现可以一直追溯到5000多年以前。

与那些消耗化石燃料的船舶不同，帆船自身是没有动力的，它唯一的动力来源就是风，这也就限制了帆船的航行速度。这其实很好理解，风吹船帆，然后船帆带动船体移动，风能够给船帆施加的最大推力取决于船与风的相对速度。比如，一开始船是静止的，海上的风速为10m/s，此时船与风的相对速度就是10m/s，在风的推动作用下，船运动了起来，速度达到了5m/s，此时船与风的相对速度就变为了5m/s。

(相关资料图)

可见，随着风吹动船帆，船只逐渐提速，船与风的相对速度逐渐减小，风能够带来的推力也就越来越弱，而前方的水体给船只带来的阻力却在随着速度的提升而加大，慢慢地，海水的阻力与风带来的推力实现了平衡，帆船也就无法继续加速。

显而易见，无论如何，船的速度也是无法与风速等同的，更没有办法超越风速。但现实情况却并不是这样，现代帆船不仅可以超越风速，而且还能够远远超越。

帆船为什么能够超越风速？

因为帆船并不是依靠风所产生的推力前进的，它依靠的是风所产生的升力。平时我们所见到的帆船的船帆似乎就是一块巨大的幕布，但如果我们从上而下来观察鼓起来的船帆就会发现它们横截面形状与飞机的机翼极为相似，也就是说帆船前进的原理与飞机升空的原理其实是一样的，依靠的都是风所带来的升力。只要注意观察就会发现，现代帆船的船帆迎风面从来都不是正对风向的，而是用侧面对着风向，这是因为升力产生的方向是与风向垂直的。

那么，推动帆船向前的升力到底是如何产生的呢？当然是利用了伯努利原理。

在水流或气流里，流动速度越小，压强就越大，而流动速度越大，压强就越小。举个例子，比如有很多人在等候地铁的时候，密集的人流将前面与后面的空气隔绝开来，此时地铁进站，高速行驶的列车带动人墙前方的气流高速运动，而由于人墙的阻隔，人墙后方的空气流动并没有受到影响，此时人墙前方的压强就小，后方的压强就大，这种压差会使人感觉像是被人从后面推了一把，而向前移动，有时还会因此而引发矛盾，这就是伯努利原理。

现代帆船的船帆就是利用了这种原理。

从船帆的横截面可以看出，船帆的两面并不相同，前面呈现隆起状，而后面基本是平直的，这种设计使得当风从侧面吹过船帆的时候，从船帆前面经过的气流速度快，而后面的气流速度慢，空气的流速产生了差异，也就使得船帆前方的压强小而后方的压强大，巨大的压差给帆船提供了极大的动力，而且风速越快，船帆两面的压差就越大，速度也就会随之增加，所以现代帆船的速度可以达到风速的数倍。

当然，现代帆船的速度如此之快，其中还另有奥秘。

船在静止的时候和向前移动的时候，风与船帆的相对速度和方向是会发生变化的，一般将帆船静止时候的风称之为真风，而将移动时的风称之为视风，只要调节好船帆的方向，帆船移动速度越快，视风就越大，船速就能进一步提升，当然这种速度的提升是有极限的，因为随船速改变的不只有风力，还有风向，当速度快到一定的程度时，风向便不足以支持帆船继续提速，船速也就达到了尽头。

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