如何利用风力逆风航行?

热心网友：帆船是利用风力推动的，风对船帆产生推力，所以船能前进。现在帆船仍是奥运会水上运动主要项目之一，下面对帆船如何利用风力行驶作力学分析。习惯上，顺风是指风从船的后方吹来；而逆风则相反。为方便分析，设船只有一面帆，帆面、船的航行方向如图所示， 为航行方向与帆面的夹角， 为航行方向与风向（就是风力F的方向）的夹角。所以顺风时 为锐角，逆风时 为钝角。风力F可分解为垂直于帆面的分力F1及平行于帆面的分力F2。F2因与帆面平行，故对帆面不产生压力。F1又可分解为与航行方向垂直及平行的两分力。只有f对船产生推力，使船沿航行方向前进。我们把f称为有效风力F1=F•sin( + )f= F1•cos(90 o－ )= F•sin( + )•sin （1）因为f与F、 和 有关，所以我们设风力F及其方向一定，航行方向一定，也就是F和 一定，研究f与 的关系。顺风时的情况一、当帆面与航行方向平行，或与风向平行，即 ＝0 o或 ＝180 o－ 时，则f＝0。当帆面与航行方向平行时帆面只受横推风压，当帆面与风向方向平行时帆面完全不受风压。帆面在这两方向都不产生推动船的有效风力。二、若帆面从图中的AB顺时针饶O转动到OC过程中，因为 + <180o <180o,所以（1）式的f>0，表示船受有效风力f向前推动。由（1）式f= F•sin( + )•sin 得当 =180 o－ － 时有f= F•sin(180 o－ － + )•sin（180 o－ － ）= F•sin( + )•sin 两种情况下有效风力f相同，所以我们可以猜想在 ＝0 o到 ＝180 o－ 过程中f先变大后变小，而且是关于 =90 o－ 对称的，即 =90 o－ 有效风力取极大值，这个角度为效率最高的角度。下面我们还要证明这个猜想。三、若帆面从位置OC以顺时针方向转动到OB过程中 + >180 o，再加上 <180 o,由（1）式可得f<0显示帆受到风的阻力。在这情况下，船反被风力逆推。有效风力随 变化的函数图象如图所示逆风时的情况类似这里就不再赘述，但必须说明的是逆风时仍可以得到使船前进的有效风力。上述帆面受最大有效风力的证明如下：求（1）式f对 的导数和二阶导数： =F•cos( + )sin + F•sin( + )cos =Fsin(2 + ) =2F•cos(2 + )当 =0及 <0时f值取极大令 =0则 =90 o－ 或 =180o－ 当 =90 o－ 时 <0，f值取极大。这时，不论顺风还是逆风（即不论 是锐角还是钝角）当 =90o－ 时f值都取极大。当 =180o－ 时 >0，f值取极小最后，值得一说的是，当风向与航行方向成直线相反的逆风情况，即 =180o时，无论 取何值，f都是负值，当帆面与风向垂直时( =90o)，f有最大负值，其值为F，即原来风力F完全成为阻力。所以惟一不能被利用的风是与航行方向成直线相反的逆风。

热心网友：理論上帆的位置與風向必須要成<180的夾角,就有力量可以驅使帆船移動當角度成90度時此時速度最快角度>90度時就會減慢其速度角度<90度也換減慢其速度,不過比起(>90度的)會好很多