船的研究

苏祉心
创建于2023-05-07
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海外青林校区 502班 苏祉心

 一、船的介绍

       船是重要的水上交通工具。在石器时代就出现了最早的船——独木舟(把一根圆木中间挖空)。然后,出现了有    桨    和    帆    的船。后来又出现了用蒸汽或柴油发动机提供动力的船。今天人们用太阳能和喷气式发动机作为船的动力,航行的速度令人吃惊,最高时速已经可以达到500千米以上了。


 二、船是如何行驶与制动的?

       现代的船通常都有发动机,用以驱动螺旋桨,以使船前进。最初的螺旋桨为双叶桨,而现在的螺旋桨为三叶或四叶桨,动力更大。航行中的轮船由于行驶在水中,不具有足够的摩擦力,所以无法像汽车那样能迅速制动。通常船制动时关闭发动机,然后抛下沉重的铁锚,使船速减慢。紧急停船时可将发动机从进挡改为倒挡,向后的动力与前冲的惯性相抵消,使船体迅速停下来。


三、我感兴趣的船的种类

     (一)独木舟(筏):

       在遥远的古代,人类的祖先还处于以采集和渔猎为生的时期,他们活动的场所是森林、草原、江河、湖泊。由于没有水上工具,深水的鱼群,可望而不可得;河对岸的野兽,可见而不可猎;洪水袭来,来不及逃避就得被淹死。他们在与天斗、与洪水猛兽斗的长期斗争中增长了才干,增添了智慧。自然现象使他们受到了各种有益的启发。“古观落叶以为舟”,就反映了我们祖先早期对一些物体能浮在水面上的认识。也许正是因为这种自然现象,才引起人们航行的念头:人骑坐在一根圆木上,就可以顺水漂浮;如果他还握着一块木片,就可以向前划行。如果把那根圆木掏空,人就可以舒适地坐在里面,并能随身携带上自己的物品。这就是人们创造的最早的船——独木舟。

       以后人们又逐步学会了就地取材,制造了简单、平稳、装载面积较大的筏。筏的种类较多,有木筏、竹筏、皮筏等。

     (二)帆船:

       人们在长期航行的实践中,创造了利用风力行驶的船——帆船。初期的帆不能转动,只有风顺时才能使用,风不顺就只有落帆划桨。后来人们在航行的实践中逐步发现,即使不顺风,只要使帆与风向成一定的角度,帆上还是能受到推船前进的风力,于是人们又创造了转动帆,在逆风的情况下,船也能前进。 

       自从人类创造了帆船以后,帆船运载着人们在世界的海洋上来往,直到十九世纪,世界上一些大型的船还是帆船,有的帆船,桅杆高达30米,挂帆30多面。 

     (三)海船:

       我国的帆船,在世界上是相当有名的。早在秦代我国就能造出长达三十米、宽六至八米,能载重6万公斤的漂洋过海的大帆船——海船。到了汉代,就能制造百尺楼船。到宋代,已可制造载重20万公斤以上的大船。明代郑和下西洋乘坐的宝船,已长达140米,宽达60米。 

     (四)蒸汽船:

       第一艘可以使用的蒸汽轮船是1783年下水的。1807年罗伯特·富尔顿建造了一种在河流上使用的轮船,这种船还带有帆,它的最高速度是4.5节(8.3千米/小时)。它在纽约和奥尔巴尼之间用为渡轮。

       蒸汽机由三个部分组成:蒸汽炉、汽缸和冷凝器。在蒸汽炉中,通过燃烧过程水沸腾为蒸汽。通过管道蒸汽被送到汽缸。阀门控制蒸汽到达汽缸的时间。蒸汽在汽缸内推动活塞做功,冷却的蒸汽通过管道被引入冷凝器重新凝结为水。这个过程在蒸汽机运动时不断重复。一般的蒸汽机有三个汽缸组成一个组。蒸汽机直接将活塞的上下运动转化为船轴的旋转运动。今年新造的蒸汽机中还包含了一个小的涡轮机,从汽缸中出来的蒸汽还可以利用它的余热在推动这个涡轮机来提高整个驱动装置的效率。这个涡轮机也与船的螺旋浆轴相连。现代蒸汽船的蒸汽机还有其它提高其效率的机构。往往有多个汽缸连在一起。蒸汽从一个汽缸出来后还被输入下一个汽缸。这些汽缸的直径一个比上一个大。这样虽然蒸汽的压力在每通过一个汽缸后不断减小,但它对每个活塞施加的总的力却是相同的。

四、对最感兴趣的船---帆船---的研究

    (一)行驶类型:(顺风&侧风&顶风)

       顺风行驶

       在平常微风的时候,顺风航行的前进速度是最慢的,因为除了风的推力外,没有伯努利效应的助力,而在强风的时候,又容易因风的推力集中在左舷或右舷,而一直向另一舷转向。

       侧风行驶

       侧风行驶时,风从侧向来,被帆化作两股力量,一个是让船侧滑的力量,一个是让船前行的力量,而侧滑的力量则被"中央板"化作侧倒的力量,再由水手的重心调整相抵,只剩极少的侧移力量,称作 Leeway,而大部分的力量是向前行,是侧风行驶。

       顶风行驶

       顶风行驶的极限角度是风的来向的左右各35度,但一般以45度为极限,这和船的设计有很大的关系,顶风行驶的观念是和侧风行驶相当接近的,只是顶风时,侧向的力量较侧风为大,而前进的力量又小于侧风,是易学难精的.

     (二)    帆船的构造

       材质:

       玻璃纤维,铁壳,木质,古时埃及人还有草船,亚洲人有竹筏等...

       桅杆:

       在杂志上我们常可看到单桅,双桅,甚至三桅的帆船,指的就是桅杆的数量.

       船身:

       帆船的船身由玻璃纤维制成,大部份的船为单船身,但也有双船身,三船身的设计。



     (三) 航行原理

       帆船的动力来源﹕

       其实帆船的最大动力来源是所谓的---『伯努利效应』,也就是说当空气流经一类似机翼的弧面时,会产生一向前向上的吸引力,也因此,帆船才有可能朝某角度的逆风方向前进。而正顺风航行时,伯努利效应消失,船只反而不能达到最高速。

帆船的航向限制与效益﹕

       帆船的航向也不是完全没有限制,在正逆风左右各约45度角内,是无法产生有效益的前进力的,但是太顺风也不是很好的,这时伯努利效应消失,船速在再度慢下来,同时也进入不稳定状态。而有逆风航行能力的船,若要往逆风方向前进,必须采取Z字形的路线才能到达目的地。

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