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船帆的作用

知識更新时间:2025-02-24 13:37:22

船帆的作用是利用風力給船提供動力。船帆的種類，根據位置的不同，分為船首帆、船尾、上帆、斜帆、四角帆和三角帆。這其中根據作用的不同大緻又分橫帆和縱帆。相比較下，橫帆适于順風航行，縱帆适于稍微斜一點的風航行。

船帆的由來：在1738年，科學家丹尼爾伯努利發現，氣流速度與周圍自由氣流成比例增加，從而導緻壓力的降低，而這可令氣流速度更快。這種情況在帆的背風面發生即空氣流動速度加快并在帆的後面形成低壓區域。

為什麼空氣會加速？空氣與水一樣，都是流動的。當風彙聚并且風被帆分開時，一些風附着在凸起面（背風面）并将帆扯起。為了其上未附着的空氣穿過帆，帆必須向不受帆影響的氣流外彎曲。但此類的自由氣流往往保持其直線流動并妨礙航行。自由氣流和彎曲的船帆合在一起形成了一個窄道，起初的氣流必須從中經過。因為它不能自行壓縮，所以空氣必須加速以從該窄道擠過。這就是氣流速度在帆的凸起面增加的原因。

一旦發生這一情況，伯努力的理論就得以生效。窄道中增加的氣流要快于周圍的空氣，并且在氣流速度加快的區域壓力将下降。這就産生了鍊式反應。随着新的氣流接近最先着風之帆緣并分開，它更多地流向背風面，氣流被吸引到低壓區域并被高壓區域所排斥。

現在即使更大塊的空氣也必須更快地擠進凸起帆面和自由氣流形成的窄道，這令空氣壓力更低。這一情況不斷發展直至達到現有風力條件的最大速度，并且在背風面形成最大低壓區域。請注意，隻有在氣流達到曲面（弦深）的最深點後氣流才增加。在達到這一點之前，空氣不斷彙聚和加速。超出這一點後，空氣分開并減速，直到再次與周圍空氣速度相當。

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