讀古詩,品物理
初中語文課本選用了唐代詩人王灣的詩《次北固山下》:
客路青山外,行舟綠水前。
潮平兩岸闊,風(fēng)正一帆懸。
海日生殘夜,江春入舊年。
鄉(xiāng)書何處達(dá)?歸雁洛陽邊。
對其中“風(fēng)正一帆懸”一句的解釋往往是從文學(xué)角度闡述,語文老師還會討論詩人不用“風(fēng)順”而用“風(fēng)正”的原因,即僅“風(fēng)順”還不足以保證“一帆懸”,“懸”是端端直直地高掛著的樣子。
那么,物理學(xué)家應(yīng)該怎樣正確地解釋“風(fēng)正”呢?根據(jù)力的分解原理可知,當(dāng)帆與船的前進(jìn)方向成45°角時,船能夠最有效地利用與船行方向“正交”的側(cè)風(fēng)前進(jìn),這才是“正”的意義所在。
不失一般,當(dāng)風(fēng)向與帆的夾角是α,把風(fēng)力F分解為沿著帆面的力Fcosα,和對帆面的正壓力Fsinα≡F1。帆對船身的有效作用等于F1,它再分解為沿著船行方向和垂直于船行方向的兩個力,力F2≡Fcosαsinα=(1/2)Fsin 2α,沿著船行方向,有助于船行,而垂直船前進(jìn)方向的那個力被船底浸沒在水中的擋板化解了,這就是為什么當(dāng)帆與船的前進(jìn)方向成45°時,船能夠最有效地利用與船行方向“正交”的側(cè)風(fēng)前進(jìn)。
船頭在逆風(fēng)條件下,帆船能前進(jìn)嗎?上述分析表明,只需要在前進(jìn)的過程中不斷地調(diào)整船身和船帆的方向,使帆船前進(jìn)的路徑成“之”字形就可以了。
所以現(xiàn)在語文書通解“風(fēng)正一帆懸”為“順風(fēng)行船恰好把帆兒高懸”,是值得商榷的。
王灣不用“風(fēng)順一帆懸”,而用“風(fēng)正一帆懸”,說明他坐過帆船,了解船要利用風(fēng)力,在前進(jìn)中帆應(yīng)該是怎樣掛的,風(fēng)又是從什么方向刮來的。
當(dāng)然,現(xiàn)代比賽用的帆船,結(jié)構(gòu)更復(fù)雜,調(diào)整方向的方式也很多,就不在此文討論之列了。
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