[科普中國(guó)]-古人的造船智慧——風(fēng)帆

“孤帆遠(yuǎn)影碧空盡，唯見(jiàn)長(zhǎng)江天際流”，李白的詩(shī)句名傳千古，詩(shī)句中提到的帆同樣經(jīng)年不衰。從人力搖櫓、劃槳，到借助風(fēng)力的帆，古人的造船智慧在行船動(dòng)力的改進(jìn)中體現(xiàn)得淋漓盡致。

在帆出現(xiàn)之前，船的行駛除憑借水流作用外，主要依靠的是人力。但是隨著船體的不斷增大和所載物品的不斷增加，需要的動(dòng)力也不斷變大。于是人們發(fā)明了帆，開(kāi)始借助自然界的風(fēng)力來(lái)為船的行駛增加動(dòng)力。

我國(guó)的風(fēng)帆航海技術(shù)是從商周時(shí)期開(kāi)始的。大約在漢晉時(shí)期，發(fā)展較為成熟的風(fēng)帆技術(shù)才被運(yùn)用于遠(yuǎn)洋航海。風(fēng)帆技術(shù)是古代航海技術(shù)發(fā)展一次巨大飛躍，也是原始航海技術(shù)向古代航海技術(shù)發(fā)展的重要標(biāo)志。

最初的風(fēng)帆是固定帆，即把帆固定在一根桅桿上。但這種帆存在明顯的缺點(diǎn)，就是只能接受順風(fēng)，即來(lái)自船尾的風(fēng)，如果是逆風(fēng)，幾乎無(wú)法行船。后人針對(duì)此缺點(diǎn)將固定帆改進(jìn)為活動(dòng)帆，用繩索把帆系在桅桿上。這樣不僅方便了帆的升降，還能根據(jù)風(fēng)向來(lái)操縱繩索，改變風(fēng)帆受風(fēng)面的朝向?；顒?dòng)帆的出現(xiàn)大大提高了帆的受風(fēng)效率，除無(wú)風(fēng)的狀態(tài)外，任何時(shí)候都能夠獲得推進(jìn)力。

中國(guó)早期的風(fēng)帆由植物葉或竹篾編織而成，叫做硬帆。為了使風(fēng)帆更加牢固，古人不斷改進(jìn)技術(shù)，又發(fā)明了平行式風(fēng)帆，即在帆面的水平方向，每隔一定間距安裝一根竹條，從而構(gòu)成一個(gè)平行的骨架。在縱帆上安裝許多橫向的帆竹后，當(dāng)風(fēng)帆遭到不同方向的風(fēng)吹襲時(shí)，橫向的帆竹能夠使風(fēng)帆較為穩(wěn)定，形狀不會(huì)發(fā)生大的變化，不易卷折；而當(dāng)風(fēng)力與帆呈某一小角度并向帆吹襲時(shí)，硬帆會(huì)產(chǎn)生很大的垂直于風(fēng)向的升力，升力在船舶前進(jìn)方向產(chǎn)生了分力，從而成為推動(dòng)船舶前行的動(dòng)力。這是中國(guó)風(fēng)帆的特點(diǎn)，也是與西方垂式軟帆的最大區(qū)別。

中國(guó)式帆船的風(fēng)帆通常在起航時(shí)揚(yáng)帆，停泊時(shí)落帆。由于古代的硬帆很重，揚(yáng)帆時(shí)需要多人合力才能成功，因此古人還發(fā)明了專(zhuān)門(mén)用來(lái)省力的揚(yáng)帆絞車(chē)，在遇到狂風(fēng)暴雨等惡劣天氣時(shí)，依靠揚(yáng)帆絞車(chē)可以做到迅速落帆。

海上氣候多變，航行過(guò)程中遇到恰好順風(fēng)的情況并不多，如果遇到側(cè)風(fēng)、橫風(fēng)或前側(cè)風(fēng)，未經(jīng)改良的帆船便無(wú)法沿直線(xiàn)航行。而硬帆恰恰能夠根據(jù)風(fēng)向來(lái)調(diào)整帆的角度，充分借助可利用的風(fēng)力。風(fēng)帆在前進(jìn)過(guò)程中還伴隨產(chǎn)生了能使船產(chǎn)生橫漂的橫漂力，如果橫漂力沒(méi)有作用在船的重心，就會(huì)使船偏航。為避免偏航，需要配合舵一起使用來(lái)控制航向。成語(yǔ)“見(jiàn)風(fēng)使舵”便來(lái)源于此。通過(guò)讓船只在水面上走“之”字形航線(xiàn)，分航段調(diào)整航向，曲折前進(jìn)，從而可使船最終按預(yù)定航向前進(jìn)。

隨著駛帆技術(shù)的加強(qiáng)，以及舵的操作方式越來(lái)越方便，于是也有了“八面來(lái)風(fēng)”的說(shuō)法，意思是無(wú)論哪個(gè)方向來(lái)的風(fēng)，都可以被風(fēng)帆接收轉(zhuǎn)化為動(dòng)力。而能將“八面來(lái)風(fēng)”應(yīng)用自如的只有中國(guó)的硬帆?！鞍嗣鎭?lái)風(fēng)”配合“見(jiàn)風(fēng)使舵”，這是智慧的中國(guó)古人總結(jié)出來(lái)的技術(shù)要領(lǐng)，也是我國(guó)航海技術(shù)的精髓所在。

本文由北京市第六十五中學(xué)一級(jí)教師胡曉艷進(jìn)行科學(xué)性把關(guān)。

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