小聰掉進大海裡,他開始遊泳,腳觸筋了,他大吃一驚,緊張得吃了一口海水,開始喊救命,小燕子與計算機姐姐帶上兩隻救生圈,躍入大海,向小聰遊去0遊到小聰身邊,她們救起了小聰。
科學博士說:“小聰，要注意安全，不能單獨行動。一艘帆船如果沒有能張成有效弧形的帆和逆風航行的能力,航行於大海上，往往要靠依照季節改變方向的貿易風,才能有去有回。”
計算機姐姐說:“小燕子、小聰、夢弟，你們戴上夢幻帽，打開開關，我帶你們坐上帆船,去體驗不同風向,理解帆船原理,即帆船航行的一般規律。”
小燕子夢見自己乘上現代帆船,雖然是逆風,卻能夠昂首前進,看來,這帆船擁有良好的逆風航行能力。在平常微風的時候,順風航行的速度是最慢的,因為除了風的推力外,沒有伯努利效應的助力,而在強風的時候,又容易因風的推力,集中在左舷或右舷,而一直向另一舷轉向。
夢弟夢見自己坐的帆船,是在側風中行駛,風從側向來,被帆化作兩股力量,一個是讓船側滑的力量,一個是讓船前行的力量,而側滑的力量則被“中央板”化作側倒的力量,再由水手調整重心相抵,隻剩極少的側移力量,而大部分的力量,使帆船在側風中向前行駛。
小聰夢見自己乘坐的帆船,遇到頂風,而頂風行駛的極限角度,是風的來向的左右各35度,但一般以45度為極限,這和船的設計有很大的關係。頂風行駛的概念,是和側風行駛相當接近的,隻是頂風時,側向的力量,較側風為大,而前進的力量,又小於側風,是易學難精的。初學者,一開始可以先練頂風行駛,因為,把頂風行駛學會了,之後,側風行駛自然就會了。
小燕子、小聰與夢弟從夢中醒過來,各人談自己乘坐帆船的體會。
計算機姐姐說:“一般人對帆船動力來源不清楚,往往會有一個錯誤觀念,以為帆船是被風推著跑的。其實，帆船的最大動力來源，是所謂的伯努利效應,也就是說,當空氣流經帆的弧麵時,會產生一股向前向上的吸引力，因此，帆船才有可能朝某角度的逆風方向前進。而正順風航行時,伯努利效應消失，帆船反而不能達到最高速。”
海洋爺爺說:“帆船的航向，也不是完全不能限製，在正逆風左右各約45度角內,是無法產生有效的前進力的，但是,順風時的狀況也不佳,這時,伯努利效應消失,船速會慢下來。同時，也進入不穩定狀態。而有逆風航行能力的船,若要往逆風方向前進，必須采取z字形的路線,才能到達目的地。”
計算機姐姐說:“帆船順風行駛時,就是依靠空氣對帆的動壓力推動帆船前進的。根據‘流速增加,壓強降低的伯努利原理,當空氣向一個方向流動時,它向側麵作用的力就要相對減小。”
“也就是說,氣體流動速度越大的地方,動壓力壓強越大,而靜壓力壓強越小。流速愈小的地方,動壓力壓強愈小,而靜壓力壓強愈大。這樣,氣體流速小的地方,對流速大的地方就會產生一個側向的壓力,這個力,稱為靜壓力。當迎風駛帆時,船正是在風的靜壓力推動下前進的。”科學博士說。
海洋爺爺說:“帆船要接受靜壓力,應該具有機翼一樣的弧形。我們將帆的橫截麵和機翼的橫截麵進行對照,就可以看到它們的共同點。當氣流通過船帆或機翼時,由於機翼上麵和帆的前麵的氣流,要走更長的距離,來與機翼下麵及帆後麵的氣流相會合,因而,就加快了流速,使帆的前麵與後麵、機翼的上麵與底麵的氣流產生不同的流速。”
“流速慢處的壓強,比流速快處的壓強大,這個壓強差,使機翼產生了向上的升力,也使帆獲得了向前的動力,在這裡,不妨也稱它為‘升力9。”計算機姐姐說。
“先進的帆船和帆板,前進最快的時速,可達30至40千米,除了帆產生推力以外,還有一個重要因素,就是船底的流線型,船浸入水中部分的橫向截麵積,遠大於縱向截麵積,推力雖然比橫向力小,但船在水裡前進時,所受的阻力,要比船橫向移動所受的阻力小許多。所以,推船前進的效果,相當顯著。”科學博士說。
計算機姐姐說:“船靠風對帆的動壓力推動,而動壓力的大小,取決於風對帆的相對速度,相對速度越大,動壓力就越大。然而,船在動壓力的推動下,前進速度逐漸增加,風對帆的相對速度就會減小,因而,風對帆的動壓力減小,船速會再度慢下來,同時,會進入不穩定狀態。”