小聪掉进大海里,他开始游泳,脚触筋了,他大吃一惊,紧张得吃了一口海水,开始喊救命,小燕子与计算机姐姐带上两只救生圈,跃入大海,向小聪游去0游到小聪身边,她们救起了小聪。
科学博士说:“小聪，要注意安全，不能单独行动。一艘帆船如果没有能张成有效弧形的帆和逆风航行的能力,航行于大海上，往往要靠依照季节改变方向的贸易风,才能有去有回。”
计算机姐姐说:“小燕子、小聪、梦弟，你们戴上梦幻帽，打开开关，我带你们坐上帆船,去体验不同风向,理解帆船原理,即帆船航行的一般规律。”
小燕子梦见自己乘上现代帆船,虽然是逆风,却能够昂首前进,看来,这帆船拥有良好的逆风航行能力。在平常微风的时候,顺风航行的速度是最慢的,因为除了风的推力外,没有伯努利效应的助力,而在强风的时候,又容易因风的推力,集中在左舷或右舷,而一直向另一舷转向。
梦弟梦见自己坐的帆船,是在侧风中行驶,风从侧向来,被帆化作两股力量,一个是让船侧滑的力量,一个是让船前行的力量,而侧滑的力量则被“中央板”化作侧倒的力量,再由水手调整重心相抵,只剩极少的侧移力量,而大部分的力量,使帆船在侧风中向前行驶。
小聪梦见自己乘坐的帆船,遇到顶风,而顶风行驶的极限角度,是风的来向的左右各35度,但一般以45度为极限,这和船的设计有很大的关系。顶风行驶的概念,是和侧风行驶相当接近的,只是顶风时,侧向的力量,较侧风为大,而前进的力量,又小于侧风,是易学难精的。初学者,一开始可以先练顶风行驶,因为,把顶风行驶学会了,之后,侧风行驶自然就会了。
小燕子、小聪与梦弟从梦中醒过来,各人谈自己乘坐帆船的体会。
计算机姐姐说:“一般人对帆船动力来源不清楚,往往会有一个错误观念,以为帆船是被风推着跑的。其实，帆船的最大动力来源，是所谓的伯努利效应,也就是说,当空气流经帆的弧面时,会产生一股向前向上的吸引力，因此，帆船才有可能朝某角度的逆风方向前进。而正顺风航行时,伯努利效应消失，帆船反而不能达到最高速。”
海洋爷爷说:“帆船的航向，也不是完全不能限制，在正逆风左右各约45度角内,是无法产生有效的前进力的，但是,顺风时的状况也不佳,这时,伯努利效应消失,船速会慢下来。同时，也进入不稳定状态。而有逆风航行能力的船,若要往逆风方向前进，必须采取Z字形的路线,才能到达目的地。”
计算机姐姐说:“帆船顺风行驶时,就是依靠空气对帆的动压力推动帆船前进的。根据‘流速增加,压强降低的伯努利原理,当空气向一个方向流动时,它向侧面作用的力就要相对减小。”
“也就是说,气体流动速度越大的地方,动压力压强越大,而静压力压强越小。流速愈小的地方,动压力压强愈小,而静压力压强愈大。这样,气体流速小的地方,对流速大的地方就会产生一个侧向的压力,这个力,称为静压力。当迎风驶帆时,船正是在风的静压力推动下前进的。”科学博士说。
海洋爷爷说:“帆船要接受静压力,应该具有机翼一样的弧形。我们将帆的横截面和机翼的横截面进行对照,就可以看到它们的共同点。当气流通过船帆或机翼时,由于机翼上面和帆的前面的气流,要走更长的距离,来与机翼下面及帆后面的气流相会合,因而,就加快了流速,使帆的前面与后面、机翼的上面与底面的气流产生不同的流速。”
“流速慢处的压强,比流速快处的压强大,这个压强差,使机翼产生了向上的升力,也使帆获得了向前的动力,在这里,不妨也称它为‘升力9。”计算机姐姐说。
“先进的帆船和帆板,前进最快的时速,可达30至40千米,除了帆产生推力以外,还有一个重要因素,就是船底的流线型,船浸入水中部分的横向截面积,远大于纵向截面积,推力虽然比横向力小,但船在水里前进时,所受的阻力,要比船横向移动所受的阻力小许多。所以,推船前进的效果,相当显著。”科学博士说。
计算机姐姐说:“船靠风对帆的动压力推动,而动压力的大小,取决于风对帆的相对速度,相对速度越大,动压力就越大。然而,船在动压力的推动下,前进速度逐渐增加,风对帆的相对速度就会减小,因而,风对帆的动压力减小,船速会再度慢下来,同时,会进入不稳定状态。”
“帆船是居住在海河区域的古代人的水上交通运输工具。根据空气动力学原理,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,与迎风一面比较,将帆推动的力量大一倍。”海洋爷爷说。
“风在帆两侧产生的吸力和推力,使船侧向行驶。但中插板可以阻止船侧向行驶,于是,风力分解为两个分力,一个分力推动帆船向前行驶,另一个分力则使船向背风一面倾侧。帆舵手呢,在船的另一边,探身出外,保持平衡。”科学博士说。
计算机姐姐说:“帆船不能完全正面顶着风航行。一艘长12米的帆船,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Z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Z字形路线航行,船速会加快,不过航程会更长。”
海洋科普探险小分队来到海口的西海岸附近,他们看见了各种色彩的风帆。
“那是运动员在进行帆船运动训练。帆船比赛是第30届奥运会赛事之一。1896年,第1届奥运会就把帆船比赛列为正式竞赛项目,但由于天气情况恶劣,第1届奥运会的帆船比赛未能举行。”海洋爷爷说。
计算机姐姐说:“梦弟、小波、小明、小燕子、小聪,你们可以打开梦幻帽的搜索功能,请回答,什么是帆船运动项目?帆船运动什么时候在奥运会举行的?”
小聪说:“我知道,帆船是水上运动项目之一。帆船比赛是运动员驾驶帆船在规定的场地内进行速度比赛的一项运动。帆船运动中,运动员驾驶船只前进,依靠自然风力作用于船帆上,是一项集竞技、娱乐、观赏、探险于一体的体育运动项目。由于它具有较高的观赏性,备受人们喜爱。”
梦弟说:“1900年第2届奥运会在法国巴黎举办,帆船运动共进行7个级别的比赛。除在美国圣路易斯举行的第3届奥运会没有帆船比赛,其余的每届奥运会,都设有该项目。”
“1900年,帆船运动被列入第2届现代奥运会之后,这项运动,无论是在规模上,还是在水平上,都进入了一个快速发展的时期。特别是从20世纪中期开始,帆船运动在世界各发达国家,得到了较快发展。”计算机姐姐点评说。
刘傻子说：“现代帆船运动,已经成为世界沿海国家和地区喜闻乐见的体育活动之一,也是各国人民进行体育文化交流的重要内容。经常从事帆船运动,能增强体质,锻炼意志。特别是在风云莫测,海浪、气象、水文条件的不断变化中,迎风斗浪,能培养战胜自然、挑战自我的拼搏精神。”
“帆船起源于欧洲,其历史可以追溯到远古时代。帆船是人类与大自然斗争的一个见证,帆船历史同人类文明史一样悠久。”计算机姐姐点评说。
“帆船运动起源于荷兰。古代的荷兰,地势很低,所以开凿了很多运河,人们普遍使用小帆船运输或捕鱼。这种小船,是由一棵独木或用木排、竹排编制而成,这是世界上最早的帆船。”小聪说。
刘傻子说：“帆船运动的历史悠久,最早的竞技记载,是在公元前70年,古罗马诗人维基尔,在叙事诗《伊尼特》中详细地描述了特洛伊到意大利的一次帆船竞赛活动,并描述了比赛结束后,优胜者和参加者的获奖情况。”
小聪说:“1662年，英王举办了一次英国与荷兰之间的帆船比赛,比赛路线是从格林威治到格来乌散德,再到格林威治。这是早期规模较大的帆船比赛。”
小燕子说:“18世纪,帆船俱乐部和帆船协会相继诞生。1720年前后,英、美、瑞典、德、法、俄等国家先后成立了帆船俱乐部或帆船竞赛协会,各国之间,经常进行大规模的帆船比赛。”