风带来的力学
风带来的力学
风车中的力学
300多年前，西班牙的著名作家塞万提斯写了一本书叫《唐·吉诃德》，在世界各地广为流传。书中的主人公唐·吉诃德带领着他的仆人桑丘，在旅行中发现了一个旋转的怪物，唐·吉诃德和桑丘以大无畏的精神冲了上去，几次冲锋都以跌得头破血流而告终。这不可一世的高贵骑士在怪物面前不得不低下了头，这“怪物”就是当时西班牙的风车。
风 车
风车是10～11世纪在德国出现，12世纪开始流行，16世纪，荷兰成了风车之国，开始用来汲水围海造田，后来用来碾磨谷物。我国风车肯定在德国之前，在唐·吉诃德时期，我国是明朝，风车已相当普遍，宋应星的《天工开物》上，记有:“扬群以风帆数扇，俟风转车，风息则止。”
风车是儿童们经常用来作玩具的原型。风车玩具是如此的多，北方的风车玩具往往比较简单，但色彩华丽，江南的风车玩具，制作精良，外型像自行车轮，风一吹好看极了。
世界上的风车大同小异，但在华北大沽、塘沽一带，有一种走马灯式的立帆风车。据说这种风车，在世界上独一无二。
刘仙洲先生在《中国机械工程发明史》上对走马灯式立帆风车作了描述:“它是一个立轴圆架，圆架上挂满多个布帆，风来使帆像走马灯那样旋转，立轴通过齿轮把力传出，可以抽水、磨米。”记得电影《柳堡的故事》吗?随着小英莲的歌声，画面上出现的风车，就是走马灯式立帆风车。
这种风车是利用船帆的原理又结合风车旋转周而复始的规律，创造出不同位置最大限度的利用风力:在风车右边的帆，全部利用风力，推着风车逆时针旋转。在风车左边的帆，让风力顺利通过。
在风车转动时，对于任一个帆，转到右边时承受风力，推着风车转，转到左边时，把风全部放走，风车就是靠着众多的帆，帆时而工作时而休息，推得风车不停地转。
风正一帆悬
蓝色的海面上，白帆点点，使人心旷神怡;美丽的江南，和风拂煦，“湖平两岸阔，风正一帆悬”，更增添了江南秀色。帆为人们提供了诗情画意，帆更为人们提供了“天赐之力”。
我们的祖先早在3000多年前已经会用帆了。帆的应用其实是利用风力，古代航海全靠风力。我国古代航海，由于沿海在冬春季节多西北风，一般去南洋一带航海;夏秋季节多东南风，则由南洋返航归国;到日本去则在夏秋季节，返回则在冬春季节。
由于我国用帆早，因此古代航海事业发达。到宋朝，我国的造船工业及远洋航海已经远远领先于世界各国。在明朝，郑和下西洋(1433年)时，组成的船队竟达200多艘，人员多至二万七八千人，而船上悬挂的帆已发展到4～12桅。
张帆使用风力是一个有趣的力学问题。当风向与航向一致，则正风满帆，船乘风破浪，势如离弓之箭。当风向与航行有偏差，作用在帆上的风力仍可调整帆的角度充分利用风力而前进。
利用风力是根据力的合成与分解，由平行四边形法则来确定，这法则最初由牛顿和瓦里尼翁于1687年提出:“即从同一点画出两条直线代表两种力的方向和强弱;另外画两条与上两条直线平行的线形成一个平行四边形，这个平行四边形的对角线就代表合成力。”力的分解则与上述一样，在已知两分解力的方向时，在力的这端与那端，作分解力方向的平行线，得交点组成平行四边形，其边长即为分力。
顺风可以张帆出航，侧风可以张帆出航，逆风同样可以张帆出航，只要利用力学，大自然所给的“天赐之力”都能用得上。
船有帆，车还有帆呢!我国古代向西方传播的科学发明之一就有车帆，即在手推车上张帆。对西方来说，竟比我国落后1100年呢!手推车对挑担来说是一次革命，在手推车上张帆，又是一次进步。现在浙江东部、山东半岛、河南中部农村，仍有手推车上张帆，还有在自行车上张帆的呢!有船帆、车帆，还有在爬犁上装帆的。松花江上，冰冻季节，江上冰道正是极好的运输线。爬犁张帆前进，又称冰帆。(https://www.daowen.com)
使用风力的帆
让更多的诗人来歌颂帆，让更多的画家来描绘帆，让更多的人们来利用帆吧!
太阳帆
地球上有各式各样的帆:船帆、车帆、冰帆……地球以外宇宙中也有帆，叫太阳帆。
目前，随着能源危机的加剧，对太阳能的研究也飞速发展。对地球来说，一年收到的太阳能是1970年全世界消耗的总能量的3万倍，可想而知，这是多么巨大的一笔送上门来的财富呀!
现在对太阳能的利用，只局限于热水供应、采暖、空调，虽然已经扩展到太阳能动力机、发电机、太阳能电池、太阳能汽车，但尚未全面应用。地球的能源来自于太阳，直接利用太阳能已到了刻不容缓的地步。
太阳照射在我们身上，不但把热量施加给我们，而且还把一定的压力压在我们身上，但由于人的感觉不够灵敏，察觉不出来。太阳光的压力简称“光压”。根据科学家的计算，在地球表面，安置一片能全部吸收的绝对黑体，在太阳光的照射下，产生的压力强度为0.5毫克力/平方米。别小看这“光压”，它却扫荡了太阳系中千千万万个微流星。
美国在1963年，为了便于通讯，在3600千米高空的“米达斯”六号卫星上发射无数个针形卫星，组成绕地球的环，把地面的无线电波反射回地球，但由于“光压”的作用，这些无数个针形卫星被赶回大气层。美国在1960年8月，发射了1600千米高空的圆轨道“回声”一号卫星，是一个直径30米、重量只有68千克的轻球罐，在“光压”作用下，五个月后由圆轨道变为椭圆轨道，l868年5月也被赶回大气层。所以，500千米以上高空飞行的轻质或微小卫星，不得不考虑到太阳光压的作用。
太阳光压既然有能力扫荡微流星、微卫星、轻卫星，何不利用它作为星际航行的动力呢?是的，科学家正在致力于设计这种飞行器——太阳帆。
设想卫星飞行在外层空间，自动展开着几百米直径的轻质塑料布的太阳帆，在塑料布上涂有高级反射物质铝或银，迎着太阳送来的光压，太阳帆反射着太阳光压，冉冉而去，如童话中的“飞毯”，这是何等的美妙和神奇呀!
太阳帆的帆面可以调节，当卫星运行轨道与太阳光线平行，可以使帆面与太阳光线垂直以便得到最大的光压，当卫星运行轨道与太阳光线垂直，可以收起太阳帆。
“穿街风”
1982年1月的一天，在热闹繁华，大厦林立的纽约市曼哈顿区，刚刚下班走出高层大厦的罗约·斯派尔乌吉尔小姐，忽然被身后冲来的一股猛烈的风暴卷进附近的水泥花坛中，碰得头破血流，双臂折断。知识渊博的斯派尔乌吉尔立刻敏锐地意识到:这不怪天气，而是“穿街风”给她带来的不幸。于是，她到法院起诉，控告了设计这座大厦的建筑设计师和纽约市政当局。如果在10年前，她的控告会被驳回。但在今天，在建筑学家和气动工程学家、物理学家的协助下，法官们认真审理了这起案件。结果，斯派尔乌吉尔打赢了这场官司，获得了650万美元的损失赔偿费。
这起案件的判决是正确的。
科学家们发现，由于高层建筑的先后兴起，大城市街道上的风，多半不能归咎于天气，而应由建筑设计师负责。这是由于:高层建筑如果设计不当，就会挡住高处的气流，迫使其折向地面，在街道上形成小型风暴，这种小型风暴就叫“穿街风”。
人类进入20世纪以来，竞相建造摩天大楼成为时髦。如美国，1931年在纽约市落成的102层帝国大厦，高381米; 1972年在纽约兴建的110层世界贸易中心，高412米; 1974年在芝加哥市崛起的希尔斯大楼，虽然也是110层，高度竟达442米。这些鳞次栉比的超级摩天大楼引起的“穿街风”，已经给大城市带来了不少的麻烦。
科学家最新研究结果表明:“穿街风”是由一些可以预见到的空气动力效应造成的。人们知道，风源在太阳，产生于大气的运动。气流运动便是风。气流运动愈强，风力则愈大。建筑物等地面障碍可使风速减弱，风向改变，但往往在近地面处产生紊乱交错的“湍流”。在楼房高密林立的大都市，这种湍流又会“扶摇直上”到五六百米之高，尔后又会运动向下，当进入狭窄的空域，就会降至建筑物基础部，沿着建筑物的“空隙”——马路和巷道冲袭;一经拐弯处，会迅速旋转，强劲起来，宛若小龙卷风肆虐横行;如遇凹角处，则会变成风速虽小但压力极大的地面风暴。这就是“穿街风”。
