直挂云帆济沧海

直挂云帆济沧海

科技之光

以风为“燃料”，以帆为“马达”，在蓝天碧海间纵横驰骋、一争高下，这便是奥运会上最悦目赏心的水上项目帆船比赛。轻盈快捷的飞行荷兰人型、芬兰人型、470型、星型、激光型、49人型；稳健厚重的暴风雨型、索林型；双体合一的托纳多型、十平方米型；小巧玲珑、介于帆船和冲浪之间的米斯特拉、RSX帆板。五彩缤纷的帆船展开了奥运会上最辽阔壮美的海上风景，也成为高悬了十多块金牌的“战略要津”。

帆船是人类驾驭自然力量最早的杰作，当万里长风鼓动了麦哲伦、哥伦布的船帆，便从根本上改变了地球文明的进程。1896年雅典奥运会上，帆船就被列为正式比赛项目，因为爱琴海天气恶劣未能举行。丹麦最杰出的帆船泰斗保罗.埃弗斯特隆曾四次蝉联奥运金牌，56岁时还和女儿特琳同船参加洛杉矶奥运会托纳多级比赛；前苏联选手瓦伦汀.曼金在奥运会中夺得三个不同级别帆船比赛冠军;美国运动员哈里.美格斯独自拿下了奥运会和美洲杯两项大赛金牌；英国姑娘艾伦.麦克阿瑟2005年打破由男性保持的帆船环球航行纪录，震惊了整个世界(图１）。现任国际奥委会主席罗格也曾经是优秀的帆船运动员，先后参加3次奥运会并获得过帆船世界杯冠军。 百年之间，帆船运动风生水起，造就了许多传奇人物和传奇故事，体育界对人、船、水、风之间相互关系的理解也日益加深。

（１）比赛中艾伦.麦克阿瑟像男选手一样努力拼搏

用浮标在海面围出一块多边形水域，参赛帆船绕标航行，整个赛程下来，航向常常要经历360度的变化，这便向选手们提出了“八面来风”的挑战。顺风航行的原理浅显易懂，帆对风的阻力就是风对帆的推力，古人使用的方形横帆便是只有“一路顺风”时才能“风正一帆悬”的。但帆船能够“顶风行驶”却常常令人困惑不解，其中的奥妙何在呢？

将手中的拖把垂直对着地板，拖把显然无法推进，但如果倾斜一个角度，拖把就能向前移动了；在桌面上紧贴着直尺放一块三角板，施加在斜边上的力会把三角板沿直尺方向“挤”跑。帆船在水中能逆风行驶，也必须和风的方向形成45度左右的夹角，风的压力作用在船帆上，便能产生向前推动的分力（图２）。

（２）图组:模拟帆船逆风行使所受到风推力

更主要的原因在于，自从公元9世纪阿拉伯人发明了三角帆，船帆便不再是装风的口袋，而成了飞翔的翅膀。我们不妨先看看飞机是如何升空的:气流在机翼前缘一分为二，沿着上、下表面流到后缘会合。由于机翼的上表面凸起，下表面平直，因此上表面气流速度大，下表面气流速度小，根据“伯努利原理”，流动快的空气压强小，流动慢的空气压强大，机翼上下方的压力差便是托举飞机翱翔蓝天的升力。公元9世纪阿拉伯人发明了三角帆后，船帆便酷似一个竖直而立的机翼，风在帆的前缘被劈开，再流到后缘去会合，由于帆的迎风面凹陷，背风面凸起，形成了一定的曲度，致使空气在背风面的流速大于迎风面的流速而形成低压区，于是“伯努利原理”便“立即生效”了(图３）。这时的船帆从海平面每平方米10吨的静止气压中获得巨大的空气动力，成为帆船前进的“引擎”。当帆船逆风行驶时，必须通过不断地转舵“换舷”，沿着“之”字形路线航行。船与风向的夹角越大，航速越快，不过会以航程加长为代价。逆风航行是选手最容易拉开距离的赛程。