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船帆的作用

帆的功能是利用风为船提供动力。帆的种类按位置不同可分为弓帆、尾帆、上帆、斜帆、方帆和三角帆。其中,根据功能的不同,大致分为横帆和纵帆。相比较而言,横帆适合顺风航行,竖帆适合微斜风的航行。

帆的起源:

1738年,科学家丹尼尔·伯努利发现,气流速度与周围的自由气流成比例增加,导致压力下降,这可以使气流速度更快。这种情况发生在帆的背风面,即空气流速度加快,在帆后形成低压区。

为什么空气体会加速?空像水一样,气体是流动的。当风聚集,风被帆分开时,部分风附着在凸面(背风面)上,将帆拉起。为了使未附着的空空气穿过帆,帆必须从不受帆影响的气流向外弯曲。然而,这种自由气流往往保持其直线流动,妨碍航行。自由气流和弯曲的帆形成了初始气流必须通过的狭窄通道。因为不能自行压缩,空气体必须加速才能挤过狭窄的通道。这就是为什么在帆的凸面上气流速度会增加。

一旦这种情况发生,伯恩哈德的理论就会生效。狭窄通道内增加的气流比周围空空气快,气流速度增加的区域压力会下降。这就产生了连锁反应。当新的气流接近并离开第一个帆边缘时,它更多地流向背风侧,气流被吸引到低压区,并被高压区排斥。

现在甚至更大块的空气体都必须被挤压到凸起的帆面和自由空气流动更快形成的狭窄通道中,这使得空气体压力更低。这种情况继续发展,直到达到现有风况的最大速度,在背风面形成最大低压区。请注意,气流只有在到达表面最深处(弦长深度)后才会增加。在到达这一点之前,空气体不断收敛加速。超过这个点,空气体分离并减速,直到它再次等于周围的空气体速度。

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