逆风行舟——力分解复杂实例_生活中的物理-查字典物理网

明朝初期的1405年7月11日，郑和奉命开始了七下西洋的航海活动。郑和下西洋时配备的63艘船都是非常巨大的，最大的一艘宝船长151.18米、宽61.6米，船上有9根桅杆可挂12张帆。这么大的船没有机械动力，都是靠自然风力行驶的。如果遇到逆风，船是如何行驶的呢？难道是靠船上的那些人划桨行驶的吗？那么大的船怎么划得动呢？原来这里面还包含了复杂的力学原理，下面让我们来了解一下逆风行舟的力学原理。

根据风向与船本来航向（即无风时船的行驶方向）之间的关系来说，通常有顺风：即风向与船本来的航向相同；侧风：即风向与船本来的航向有一定夹角，可以是锐角或钝角；逆风：即风向与船本来的航向相反，逆风也叫顶风。显然，逆风行舟最为困难。

逆风行舟时，如果船的实际航向仍沿本来航向，则不管帆面的取向如何，作用在帆上的风力总是船前进的阻力，因此，逆风行舟时若要扬帆借助风力，船实际的航向就不能沿原定航向，而应使船的实际航向偏离原定航向一定的角度，帆面与实际航向间也成一定的角度。

设作用在帆面上的风力可以分解为平行帆面的力F1和垂直帆面的力F2，根据帆面的凹陷效果可知F1较小、F2较大。垂直于帆面的力F2又可以分解为沿船实际航向的力F3和垂直于船实际航向的力F4。调节舵向使水对船产生的横向阻力与F4和F1在垂直于船实际航向上的分力相平衡；而F3沿船的实际航向方向比F1在沿船实际航向上的分力和此方向上水的阻力之和大或至少相等，使船在这个方向加速或匀速前进，这是船航行的动力，如图1所示。

因为沿船的原定航向（即逆着风向）才能到达目的地，所以船不能一直沿着图1中实际航向一直运动下去，否则会偏离目标太远，所以到了一定的时刻要改变船的实际航向，使风从另一侧吹来，原理同上。这样，船实际走的是“之”字形路线才能充分逆风行舟张帆获得前行动力，又不偏离原来的航向，如图2所示。