帆船效应说明什么道理

在我们的印象当中，飞机和帆船的形象就如下面几幅图

一般来说，飞机如果没有机翼，那么它是无法升空的；而帆船一旦没有帆，就意味着不能免费的使用自然风作为动力，这样一来，燃料或人力成本将会大幅上升，这些道理都是显而易见的，但另一方面，大家对于飞机机翼以及帆船的船帆，是不是已经有一种固定思维，似乎机翼和船帆就应该长这样？

实际上还真不是这样，只能说这样的机翼和船帆是最常见的，比如下面两幅图

第一幅是一架水上飞机，第二幅是飞机爱好者做的一架遥控飞机，我们可以明显的看到，飞机上原本应该装着扁平机翼的地方，都换成了大圆筒；第三幅图则是在一条大货轮，上面立着两根庞大的圆筒。这些大圆筒发挥了原本机翼和船帆的作用。

是不是只需要安装在那，一动不动就行了？很显然这是不可能的，否则何必把机翼和船帆换下来呢？可是这些圆筒到底有什么作用呢？估计不少朋友都很好奇这一点。

首先，这些圆筒的工作方式就是一个字——转，绕着各自的筒轴旋转。说到这，估计大家就更好奇了，这些圆筒的工作就是旋转？难道转起来，就能把飞机带飞，货轮带跑吗？

没错，还真是这样，那么这背后的原理又是什么呢？

飞机机翼

一般来说，在介绍飞机如何升空时，都会说是飞机的机翼提供了升力，而这个升力则是由于机翼上下两面的压力差导致的，而压力差则是通过伯努利方程给出的，虽然这种解释已经流行的很多年，并且在很多篇科普文章中都是这么介绍的。

实际上这并不是飞机能够升空的本质原因，详细原因请看这篇文章飞机为什么能飞起来？直到今天，科学家仍然没有答案

不过，作为科普，还是讲伯努利方程比较好，虽然飞机升空的主要原因并不是伯努利方程能够解释的，但无论如何还是少不了机翼或者类似形状部件的作用（火箭、导弹那种升空可以另作一谈），因此从科普角度来说，这样的解释还是比较好的，不能要求太高了，毕竟本质原因也还没个定数。

船帆

船帆的作用就很容易了，借助于风力，不断改变船帆的状态，可以使得船只在顺风，甚至是逆风的情况下前进（这些过程可以用力学规律，比如动量定理等等去解释）

我们发现，不论是飞机机翼还是帆船的船帆，它们的核心作用就是为主体提供了一个力，这个力可以使飞机升空，使船只移动，而这个力同样可以由旋转的圆筒提供。

先来看一幅动图

一个人将篮球从一个大坝上扔下去，注意一点，在扔的时候，他将篮球转了起来，也就是说篮球在重力的作用下，是边降落边旋转的，结果发现，篮球并不是按照我们想象中的以一条近似垂直的路线落到底部，而是以一段很大的弧线路径降落的，最后“飘”落到湖面，甚至还打了个水漂。

我们将这个过程简化为下图

篮球下落的时候，是迎风的，也就是运动方向与风向是相反的，而篮球是顺时针旋转的（逆时针顺时针是取决于观察角度的），由于篮球旋转时，本身就会带动周围附近的空气跟着一块旋转，此时就会出现一种情况，由于篮球运动方向与风向相反，那么在篮球一侧的风速就会略微增强，而篮球另一侧的风速会略微减少。

在得到这一点后，再应用伯努利方程，流速快的地方，压强要小于流速慢的地方，因此篮球左侧的风压就会大于右侧，于是一股垂直于运动方向的力就出现了，此时我们再回到篮球从大坝坠落时的场景，由于篮球除了重力、阻力外，还受到了一股力，因此篮球就以一种大弧线的运动路径降落了。

我们把这个现象称为马格努斯效应。

对于飞机机翼，当飞机引擎提供了一股推力之后，飞机在跑道上滑行，那么对于圆筒机翼来说，就有了一股与其运动方向相反的风，此时旋转圆筒，马格努斯效应产生，作用在机翼上由一股升力产生，于是飞机被拉起

对于船只来说，设想一股横风吹过船只，同样的道理，启动圆筒旋转，一股推力产生，帮助船只运行，实际上这种利用马格努斯效应的船只，能够可观的减少燃料的消耗量（与船只的航行速度成反比，这一点很好理解，比如船只的桨叶停止工作，只转动圆筒，那么在风力的作用，船只也会缓慢的前行）

这种利用马格努斯效应辅助航行的船只，最早出现在上世纪二十年代，不过在当时并没有引起多大反响，直到八十年代以后，才有公司将其应用于大型货轮以及油轮身上。

其实马格努斯效应在生活中并不罕见，比如下面这个小玩具，将其吹转起来

再比如足球运动员踢出的香蕉球也是利用的这个效应

本篇文章的内容到此结束。

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