帆船为什么能航行

伯努利原理

1. 流体速度与压力的关系
   • 伯努利原理指出,在一个流体系统中，比如空气这种流体，流速越快的地方压力越小，流速越慢的地方压力越大。
   • 帆的形状通常是前缘较为饱满,后缘相对较薄，当帆船在风中行驶时，空气流经帆的表面，帆的上表面较为弯曲，空气流速较快，根据伯努利原理，此处压力较小；帆的下表面相对较为平坦，空气流速较慢，压力较大。
2. 产生侧向力
   • 这样就产生了一个从帆的下表面向上表面的压力差,这个压力差形成了一个侧向力，推动帆船前进，这个侧向力的方向大致与帆面垂直，通过巧妙地调整帆的角度（迎风角），可以使侧向力分解出一个向前的分力，从而驱动帆船前行。
   • 当帆船逆风航行时,通过将帆调整到合适的角度，使侧向力的向前分力能够克服水对船的阻力，帆船就能以“之”字形路线逆风前进。

风力推动

1. 直接作用
   • 风直接作用在帆上,给予帆一个力，风对帆的作用力大小与风速、帆的面积以及帆与风向的夹角等因素有关，风速越大，风对帆的作用力就越大，帆船获得的动力也就越大。
   • 比如在顺风航行时,风直接推着帆，使帆船快速前进，此时帆船的航行方向与风向基本一致，风对帆的推力直接转化为船前进的动力。
2. 力的传递

   帆受到风力后,通过桅杆、绳索等部件将力传递到船体上，船体在这个力的作用下，克服水的阻力开始移动，帆船的结构设计使得这种力的传递能够有效地驱动船只航行，帆船的龙骨可以防止船在侧向力的作用下发生横向漂移，保证帆船能够沿着预定的方向前进。

舵的控制

1. 转向原理
   • 舵位于船的后部,它的作用类似于飞机的尾翼，当帆船在航行过程中需要转向时，船员转动舵柄，舵会在水中产生一个侧向力。
   • 根据舵的转动方向不同,产生的侧向力方向也不同，向左转动舵柄，舵在水中向左产生侧向力，这个力会使船的后部向左移动，从而使船头向右转向，实现帆船的转向操作。
2. 保持航向

   舵还可以用于微调帆船的航向,使其保持在最佳的航行路线上，在航行过程中，即使有微小的风向变化或其他因素影响，船员可以通过调整舵的角度，让帆船始终朝着目标方向前进，比如在逆风航行时，通过不断微调舵的角度，配合帆的角度调整，使帆船能够沿着“之”字形路线稳定逆风行驶。