用一个泡沫塑料或木料做一个帆船模型,用一根木棍插入船体作为帆船的桅杆,在桅杆上固定一片用塑料垫板做的帆,在穿过船体的木棍的下端加适当配重(例如螺帽等物),使帆船模型能稳定地浮于水中,在船尾下方固定一个小舵。整个帆船如图(一)。3.12-1所示。
实验时,把船的模型放在一只大水槽(水盆)的水中,用电风扇沿着一定的方向对船吹风,适当调整帆面、舵面的位置和船头的方向,使船能侧逆风而前进。
把直尺固定在某一位置,将三角板的一个长直角边靠在直尺的边沿上,再用铅笔从侧面前方顶压三角板的斜边,如图(一)3.12-2所示,你将会看到三角板不是向后退,而是沿着直尺前进了,也许你能从这个实验中得到启发,去完成侧逆风行舟的任务。
【提示与答案】
我们先把三角板能够前行的原理作一分析:当用铅笔从侧前方顶压三角板的斜边时,铅笔
对三角板的力可以分解为对斜边的压力N和摩擦力f(见图(二)3.12-1),我们又可以把N分解为沿直尺方向的力F1和垂直于直尺方向的压力F2向风而行多少集。在摩擦力f比较小时,可以忽略它的影响,则F2将与直尺作用在三角板上的压力平衡,而F1将推动三角板前进。帆船侧逆风前进的理由与上例类似。图(二)3.12-2为俯视图,控制航向,使风从帆面MN的外侧前方吹来,风吹在帆面上的力可以分解为沿帆面的阻力F1和垂直于帆面的力F2,F2又可以分解为沿航向和垂直于航向的力F′和F′′,F′′主要靠水对船体的横向阻力相平衡,而沿航向的分力F′比船体的纵向阻力(包括F1沿航向的分力)大得多,故船可以沿航向向前航行。
由上可知,帆船能侧逆风前进。为了达到顶风的目的地,帆船必须不断改变航向,走“之”字形,并不断改变帆的方位,如图(二)3.12-3所示。
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