大航海時代,帆船如何逆風遠航?

2020-10-18 古今文化漫談

帆船是在舟,筏之後最為重要的海上交通工具,克服了舟,筏不能遠航的缺點,成為古代遠航的主要工具,帆船航行主要靠風力,那逆風航行時,帆船是如何利用風力航行的?



帆船出現已經有五千多年的歷史了,在這漫長的時間裡,帆船沒有一刻停止演變,在現代輪船沒有出現之前,人類歷史上曾出現幾個航海大時代,主要航海工具就是帆船,在這幾個航海大時代,人類的帆船製造工藝也達到了巔峰。
西方的航海大時代造就了人類的兩大壯舉,一次是哥倫布發現新大陸,也就是美洲大陸,美洲大陸的發現,讓人類歷史進程加快了不止一步,同時也為人類帶來了不少災難,而哥倫布用來探索新大陸的主要船隻聖瑪利亞號就是一艘非常著名的帆船,這種帆船的船型被稱為卡瑞克式,卡瑞克式帆船是西方帆船史上的一個非常重要的船型,也是帆船製造史上的一個高峰。
哥倫布在1492年到1502年四次航海,跨越大西洋,到達美洲大陸,開啟了航海史上的新篇章,繼他之後的就是麥哲倫環球航行。


在1519年,麥哲倫組織了一支五艘船的船隊,在8月10號從西班牙出發,橫渡大西洋,開始了環球航行,麥哲倫渡過大西洋,穿越美洲,到達了地球上最大的洋,太平洋,太平洋雖大,但在麥哲倫航行的一百多天裡,太平洋沒有發一點脾氣,所以這片大洋也有了一個非常吉祥的名字:太平洋。
麥哲倫在航行到亞洲的時候,推行了殖民主義,參與了兩個小島的鬥爭,死在了戰鬥中,麥哲倫死後,剩下的人繼續航行,終於在1522年9月6日回到了西班牙,完成了歷史上首次環球航行。出發時五艘船,回來時只有一艘維多利亞號,維多利亞號從此也成為了歷史上最為著名的帆船之一,而這艘船也是卡瑞克式帆船。
而在哥倫布和麥哲倫之前,中國歷史上還有一次著名的航海事件:鄭和下西洋。鄭和下西洋總共有七次,第一次發生在1405年,比之西方早了近一百年,而鄭和下西洋的船隊也不是哥倫布和麥哲倫船隊能比的,著名的鄭和寶船最大的船隻相傳長148米,寬60米,是當時世界上最大的木帆船,掛十二張帆,是中國帆船製造的一個巔峰,也是世界帆船製造史上的一個巔峰,而鄭和的船隊也達到二百艘船,用途不同,寶船有六十二艘,還有主艦以及護衛船隻,光將士就有兩萬多人,完全可以打一場規模較大的戰鬥。


無論是鄭和的船隻,還是西方的聖瑪利亞號,維多利亞號船隻,都是帆船,靠風力前行,鄭和寶船還有人力航行設備,但西方船隻只靠風力,海上風向變化不定,如何獲得最大的航行速度,成為航海的關鍵問題,這已經不僅僅是逆風順風的問題,因為順風時,風帆也不會和風向保持垂直,因為垂直風向航行,航行速度全靠風力大小,風速慢,航行速度就小,不會獲得最大的航行速度。
帆船藉助風力航行,風帆受力主要依據伯努利原理,伯努利原理和空氣流速有關,風帆受力和飛機機翼是一個原理。
風帆和風向成一定的角度,使風帆兩側都受一定風力,一面受風面積大,一面受風面積小,風帆朝受風面積小的那一面鼓起,風帆在風力作用下呈弧形,風速在風帆鼓起的一面速度加快,對風帆壓力減小,風帆另一面風速則減慢,對風帆的壓力加大,風帆在風力的作用下形成了垂直於風帆鼓起面的壓力,壓力的分力一面朝向帆船側面,一面朝向帆船的行駛方向,朝向側面的力在輪船自身以及水對帆船的作用力下被抵消,帆船就只剩下朝向行駛方向的力,推動帆船的航行。這是帆船在順風和側向受風的情況下的航行方式,那逆風航行時是用什麼方式呢?


其實帆船是不會逆風航行的,在逆風時只會走「之」路線,使得逆風變成前側向的風,風向朝左前側時,帆船朝右前側航行,風向朝右前側時,帆船朝左前側航行,帆船逆風時不斷變換航行方向,一會兒向左前方,一會向右前方,而帆船最終的航行方向卻是朝著逆風的方向,這就是帆船逆風航行的原理。
帆船出現五千多年,藉助風力航行,逆風航行的方法早在航海大時代到來之前就已經被發現並運用,但造船技藝不夠成熟,造不出可以遠程航行的大型船隻,隨著造船技藝的成熟,帆船也開始在世界各地留下足跡,直到現代輪船被發明,到目前為止,帆船已經退出了航海的大舞臺,但卻作為一項運動世界各地的海洋之上。

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