直挂云帆济沧海—漫话各式各样的帆.docx

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1、直挂云帆济沧海一漫话各式各样的帆目录1 .唐宋诗词中的帆12 .锦帆应是到天涯43 .帆船运动是奥运项目84 .鸟翅和机翼上的帆105 .参考文献151 .唐宋诗词中的帆谈到帆，人们就会想起一句口头常用于美好祝愿的成语：“一帆风顺”。挂上帆，遇顺风，则能更快航行，平安到达目的地。在唐宋诗词中，有不少以帆来寄情思、诉衷情的诗句，仅李白就有多首，如脍炙人口的七绝黄鹤楼送孟浩然之广陵故人西辞黄鹤楼，烟花三月下扬州。孤帆远影碧空尽，唯见长江天际流。下半联说的就是送别孟浩然时，恋恋不舍的心情：目光望着帆影，一直到帆影逐渐模糊，消失在碧空的尽头。七绝望天门山天门中断楚江开，碧水东流至此回。两岸青山相对出，

2、孤帆一片日边来。传神地描绘出挂帆的小船，乘风破浪，越来越靠近天门山时的情景，饱含了诗人欣睹名山胜景、目接神驰的激情。七绝哭晁卿衡（晁卿，又名朝衡，日本人，原名阿信仲麻吕，系由日本来中国求学人员）日本晁卿辞帝都，征帆一片绕蓬壶。明月不归沉碧海，白云愁色满苍梧。蓬壶是传说中的蓬莱仙岛，泛指海外三神山。诗人在这里以诗句，自然而又潇洒地抒发了对晁卿的哀思。七言古诗行路难之一金搏清酒斗十千，玉盘珍馈直万钱。停杯投著不能食，拨剑四顾心茫然。诗指出，虽然前路崎岖、障碍重重，但总会乘长风破万里浪，挂上云帆，横渡沧海，到达理想的彼岸。五言律诗夜泊牛渚怀古牛渚西江夜，青天无片云。登舟望秋月，空忆谢将军。余亦能高咏

3、，斯人不可闻。明朝挂帆去，枫叶落纷纷。牛渚是安徽当涂西北紧靠长江的一座山，北端突入江中，即著名的采石矶。诗人在回忆几百年前“谢尚闻袁宏咏史”事之后，联想明朝挂帆离去的情景：在飒飒秋风中，片帆高挂，客舟即将离开牛渚;枫叶纷纷飘落，像是无言地送着寂寞离去的行舟。其他也有许多以帆阐发各种情思的诗词，如：李商隐的七律隋宫紫泉宫殿锁烟霞，欲取芜城作帝家。玉玺不缘归日角，锦帆应是到天涯。于今腐草无萤火，终古垂杨有暮鸦。地下若逢陈后主，岂宜重问后庭花？七绝惰宫乘兴南游不戒严，九重谁省谏书函？春风举国裁宫锦，半作障泥半作帆！高适的七律送李少府贬峡中王少府贬长沙嗟君此别意如何，驻马衔杯问谪君。巫峡啼猿数行泪，衡

4、阳归雁几封书。春枫江上秋帆远，白帝城边古木疏。圣代即今多雨露，暂时分手莫踌躇。卢纶的七律晚次鄂州云开远见汉阳城，犹是孤帆一日程。估客昼眠知浪静，舟人夜语觉潮生。三湘秋鬓逢秋色，万里归心对月明。旧业已随征战尽，更湛江上鼓螯声！孟浩然的五言律诗早寒有怀水寒雁南渡，北风江山寒。我家襄水曲，遥隔楚云端。乡泪客中尽，孤帆天际看。迷津欲有问，平海夕漫漫。刘长卿的五言律诗饯别王十一南游望君烟水阔，挥手泪沾巾。飞鸟投何处，青山空向人。长江一帆远，落日五湖春。谁见汀州上，相思愁白频。王湾的五言律诗次北固山下客路青山下，行舟绿水前。潮平两岸阔，风正一帆悬。海日生残夜，江春人旧年。乡书何处达，归雁洛阳边。韦应物的五

5、言律诗夕次吁贻县落帆逗淮镇，停船临孤驿。浩浩风起波，冥冥日沉夕。人归山郭暗，雁下芦洲白。独夜忆秦关，听钟未眠客。赋得暮雨送李胄楚江微雨里，建业暮钟时。漠漠帆来重，冥冥鸟去迟。海门深不见，浦树远含滋。相送情无限，沾襟比散丝。柳永的送神引词一叶扁舟轻帆卷，暂泊楚江南岸。孤城暮角，引胡笳怨。水茫茫，平沙雁，旋惊散。温庭筠的忆江南词梳洗罢，独倚望江楼。过尽千帆皆不是，斜晖脉脉水悠悠。肠断白演州。叶梦得贺新郎词万里云帆何时到？送孤鸿、目断千山阻。孙光宪的浣溪沙词蓼岸风多桔柚香，江边一望楚天长，片帆烟际闪孤光。目送征鸿飞杳杳，思随流水去茫茫，兰红波碧忆潇湘。我国殷商时期（前1600前1046）的甲骨文中，

6、己有“凡”，即“帆”字，并己完全具备制作风帆的材料、工具和技术。由此可知，我们的祖先至少在3000多年前，就能制作比较成熟的风帆了。帆船是人类和大自然和谐相处求发展的一个见证，帆船的历史同人类文明史一样悠久。2 .锦帆应是到天涯船在水中航行时，若挂上帆，则能借肋风的推动力，推动船向前行驶。当顺风时，船自然会加速行驶。当风从船的侧向吹来时，帆的受力分析示意图如图Ia所示，设风向与航向成一角度,这时帆（船）上受到一个空气动力F,这个力可以分解出沿航向X的分力Fx,这是一个推动船向前行，叫做前进力。另一分力将推动船向横向移动，叫做横向力，由于船底有一大片中央板，可使船身不致发生较大的横向移动，而只能

7、前进。当=0时，即风向与航向相同的“顺风”状态，此时Fx=F,对船的航行最有利。而在其他情况下，总是小于F。当逆风行船时，=180o,船就要巧妙地走一个弯曲的之字形路线，调整帆的朝向使其可受侧风作用，图Ib所示是在逆风行船时，船头偏向一侧的典型受力示意图。由此可见，帆已从用于顺风航行，逐步用到侧风行船，直到巧妙地在逆风中也能用帆助船行（图2）o总之，不论风向与航向成任何角度，借助风力，帆总能助船远行。图1船帆受力分析示意图图2采用之字形路线逆风航行示意图帆船的发展令人瞩目，从在小河里行驶的单帆船，发展到能横渡海洋的大型多帆船。600多年前，我国明代郑和下西洋时所用的，就是大型多帆船队（图3）o

8、图3郑和帆船的复制品中国是世界上造船航海历史最悠久的国家之一。唐代对外贸易的商船直达波斯湾和红海之滨，所经航路被誉为“海上丝绸之路”。那时使用的海船具有9个水密隔舱，抗沉性好，并设有帆和舵，可利用侧逆风行驶。12世纪初，中国首先将指南针用于航海导航。15世纪初至15世纪30年代，郑和率巨大船队7次下西洋，所用宝船有9桅12帆，长44丈，宽18丈。船队大小船200余艘，最远航程到达非洲东岸现今的索马里和肯尼亚一带。图4图6为帆船的几个示例。图4厦门鼓浪屿郑成功博物馆中的帆船模型（叶红拍摄）图5纽约的古帆船3 图6现代多帆船4 .帆船运动是奥运项目帆船运动是集娱乐性、观赏性、探险性、竞技性于一体的

9、项目，它是借助风帆推动帆船在规定距离内竞速的一项水上运动，目前已经成为世界沿海国家和地区常见的体育活动之一（图7图9）o图7帆船运动（2023东京奥运会）图82023青岛国际帆船赛图9视频1：快速行进中的帆船现代帆船运动起源于荷兰。1660年荷兰的阿姆斯特丹市长将一条名为“玛丽”的帆船送给英国国王查理二世。1662年查理二世举办了英国与荷兰之间的帆船比赛。1720年爱尔兰成立皇家科克帆船俱乐部。1851年英国举行环怀特岛国际帆船赛。1870年美国和英国首次举行横渡大西洋的美洲杯帆船赛。早在1896年第一届奥运会上帆船运动就被列为正式比赛项目，但由于天气条件不好，临时取消了比赛。1900年第二届

10、奥运会在法国巴黎举行，帆船运动共进行7个级别的比赛。以后除在美国圣路易举行的第三届奥运会没有进行帆船比赛，其余各届奥运会都进行了帆船比赛。但比赛级别在不断变化，船艇也不断地改进。玻璃钢的问世，使船艇的造价降低，工艺水平提高，轻巧而小型的帆船逐渐替代了过去的老式帆船。从1976年第21届奥运会开始，已全部是小型船体的帆船。比赛级别最多的是25届巴塞罗那奥运会，男女共10个级别。从1988年奥运会起，将原男女混合的项目改为男、女分设的单独项目。比赛在开阔的海面绕标航行，场地由3个浮标构成等边三角形，每段航道长度不少于2海里。帆船运动项目中包括有帆扳运动（图10）o帆板运动是介于帆船和冲浪之间的新兴

11、水上运动项目，帆板由带有稳向板的板体、有万向节的桅杆、帆和帆杆组成。运动员利用吹到帆上的自然风力，站到板上，通过帆杆操纵帆使帆板产生速度在水面上行驶，靠改变帆的受风中心和板体的重心位置在水上转向。因和冲浪运动有密切关系，故又称风力冲浪板或滑浪风帆。图10帆板运动（2018全国帆板冠军赛）2008年在青岛举行的第29届北京奥运会帆船项目设9个级别11项比赛。其中男子项目包括：男子470级，男子激光级，男子星级，男子帆板;女子项目包括：女子470级，女子英凌级，女子雷迪尔级，女子帆板;混合项目包括：芬兰人级，49人级，托纳多级;2008年8月9日到8月21日，产生了11枚金牌。5 .鸟翅和机翼上的

12、帆人们也观察到，鸟的翅膀端处，不同排列开的大羽毛也在起到帆（片）的作用。近年来，更是发展到在飞机的机翼上加“帆”助飞。因此，思考鸟和飞机上帆的功能，是件有趣的事情。鸟在天上飞，必须借助于翅膀（羽翼）才能升起和前进。人们观察到，天上的飞鸟（尤其是大型飞鸟）有时在羽翼的翼梢处，呈现出特殊的排列。细致地观察可发现，这些在翼尖处展开的大羽毛，不仅是分开的，而且不在同一个平面上，成不同的角度，并随状态而变。实际上，这些大羽毛成了一片片具有帆一样功能的“帆片”，能够产生向前推进的分力（减少了阻力），（如图11图13所示图11鹭鸟翅膀的羽毛帆片图12鸟翅膀的羽毛帆片图13鸟翅膀上的“帆片己张开受到鸟飞行时羽

13、翼的形状的启发，人们希望在机翼也添上像“帆片”一样的东西，以改进飞机的设计。飞机设计的一个重要指标，是要减少飞行的阻力。机翼为飞机提供了升力，却同时又增加了诱导阻力（其系数与升力系数平方成正比），这是由于在机翼的翼尖处形成了强翼尖涡系，它与翼尖的形状直接有关。所以人们对翼尖处的配置做了很多研究，在翼尖处装上了称为“帆片”（SaiIS）的很小的辅助翼面（亦称“翼梢小翼”），并可以有不同形状、大小和排列方式，类似于鸟的羽翼尖处的大羽毛，它能够有效地改变翼尖处的流动特性，非常好地减少了飞行阻力。研究表明，机翼加上帆片后，会打碎导致阻力大增的翼尖强涡旋系，使其强度减弱，增加了机翼的有效展弦比，增大了翼

14、尖处的局部有效攻角，从而增加了推动飞机向前的力（图14）。图14翼梢小翼和机翼后缘的帆片（叶青拍摄）当你乘坐在波音飞机机翼附近的窗口位置时，很易看到，在飞机降落过程中，机翼后缘处的“帆片”不断地在运动，有时伸出去，有时还会转一定角度。这都像鸟飞行时调整其羽毛那样，以调整其“帆片”，增大飞行阻力，使客机更好地安全降落和减速（图15）。图15飞机机翼后缘的帆片己向下转图16视频2:飞机降落过程截屏图17视频3:波音777X的折叠翼梢注1：本文图片和视频系自网络收集，来源已难以查实，仅供力学科普之用,特此致谢图片和视频的原作者和网站。6 .参考文献1周光炯，从考古看史前流体力学的发生和发展J,力学与实践，2001,23(6)：622唐登斌、王振东，孤帆一片日边来一漫谈船、鸟、飞机的“帆”J,力学与实践，2002,24(6)：74-763衡塘退士，唐诗三百首M,北京：宗教文化出版社，20014上强村民，宋词三百首M,北京：宗教文化出版社，20015王振东，诗情画意谈力学M,北京：高等教育出版社，20086王振东，诗韵力学M,北京：高等教育出版社，2023