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第194章 关于伯努利原理的设想

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如果更详细的形容的话就是,在海平面上,每平方米的气压是 10 吨,当船帆的背风面上的气流增强时,从上面就可以知晓气压将下降。

假定每平方米将下降20千克,同样,迎风面上的气压将增加。

假定每平方米增加10千克,并且即使背风压力是负向并且迎风压力是正向的,它们都作用于同一方向/

因此现在每平方米就约有共30千克的压力,如果将其乘以10平方米风帆大小,我们在该风帆上已产生了共300千克的合力。

船帆上的每一点都作用了不同的压力,压力最强处位于弦深处,即船帆曲面最深处。

这也是气流最快和压力下降最大的地方,随着气流向后移动并分离,力量也随之减弱。

这些力量的方向也会更改,在船帆的每一点上,该力量与帆面保持垂直,船帆前部的力量最强处也在最前方向上。

在船帆的中部,力量更改为侧方向,或倾斜方向。

在船帆的后部,随着风速的下降力量也逐渐减弱,并导致向后方向或往后拉的方向。

船帆各处上的压力都可以计算出来,以便确定其每一面上前部、后部和牵引部位的相对力量。

因为向前的力量还是最强的,所以施加在船帆上的合力还稍偏向前的,但主要是侧方向。

增加船帆作用以获得更多向前的驱动力还导致侧向力的更大的增加。

因此,当风施加在侧面的力量达到最大时,船只想要前行就涉及到船帆与风的迎角,还涉及船只与水的阻力问题。

合力的方向与帆弦近乎垂直,当帆弦与船只的中线平行时,主要力量几乎完全施加在侧面。

但是,如果船帆成一点儿角度,以便船帆产生的力量稍微向前,则船只本身会立即前行。

这事由于船的中线(即龙骨)作用于水的方式类似于船帆作用于风的方式。

龙骨产生的力量与船帆倾斜力相反的力量,它使船完全保持船帆形成的力量的方向。

并且尽管风帆合力始终作用于迎风的那面,但正确的迎角将使船只前行。

船帆的角度距离船体中线越远,着力点施加于正面相对于施加于侧面的数量越多。

将正向力量的稍微调整与水相对于空气的反向力量结合起来,我们将令船只迎风前行,因为现在水流的阻力最小。

这和金不全说的大致类似,只不过,他只说了方法,而不知晓这其中的原理,但李沐阳穿越而来,恰好看过这伯努利原理,所以相当清楚这里面的门道,一点就透,真正的让他相当欣喜。

因为经过前世系统的科学教育,李沐阳知晓,这些压力啊,压强啊,角度啊,曲率啊,包括海船的自重,海水的流速,风速这些,真的都是可以计算出来的,这样一来,就可以完美的利用伯努利原理来驾驭海船了,而不是单纯的依靠船长的经验。

比如,他完全可以在每艘海船上培养出一个数学团来操控海船,这个数学团可以依据他前世的那些公式等等,计算出海船在什么样的海水流速风速下,船帆要升多高,曲率是多少,和风的夹角多少度才最合适,这样海船才可以在大海中获得最完美的速度,把风力完美的利用。

包括逆风航行时也一样,也是根据伯努利原理,流体速度增加,压力就会减低。

空气要绕过向外弯曲的帆面,必须加快速度,于是压力减小,产生吸力,把船帆扯向一边。

船帆背风一面因压力降低而产生的吸力相当大,可比迎风一面把帆推动的力量大1倍。

风在帆两侧产生的吸力和推力,使船侧向行驶/

之所以是侧向,是因为海船不能完全正面顶着风正面航行,一艘长12米的船可与风向成12-15度的夹角逆风行驶。

如果要正面迎着风的方向前进,必须以“之”字形路线航行。

逆风行驶时,船与风向的夹角越小,速度越慢。

舵手若以角度较大的“之”字形路线航行,船速会加快,不过航程会更长。

当船体斜向行驶时必须要保持帆面和风向完全平行,这样船才不会被风往后吹。

这时空气要绕过向外弯曲的前帆面,必须加快速度,于是压力减小,后帆面的压力增大。

所以产生了向前推动帆面的推力,这个推力可以分解为2个方向,一个平行于船体,一个把船体往前推。

同样,这个角度这个力,也是可以想办法计算出来的,计算出海船到底要以多大的角度‘之’字形航行,才能速度最快,航程最短,这都是完美啊。

一时间,李沐阳是颇为兴奋和狂喜的这样想着,已经在心里默默总结,到底要用那些公式,才能把伯努利原理完美的利用了,好教授给手下的族人,让他们学会用这些公式,去利用伯努利原理,明白怎样完美的驾驭一艘海船。

……

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