[科普中國]-古人的造船智慧——船舵

舵是船舶的重要操縱設(shè)備，附設(shè)在船體外，利用航行時水流在其操縱面上的作用力來工作，是控制船舶航向的裝置。

《天工開物》中對舵的作用原理是這樣介紹的：“凡舵力所障水，相應(yīng)及船頭而止，其腹底之下，儼若一派急順流，故船頭不約而正，其機妙不可言。舵上所操柄，名曰關(guān)門棒，欲船北，則南向捩轉(zhuǎn)；欲船南，則北向捩轉(zhuǎn)?！贝笠馐?，船舵能阻擋水的力量，其作用范圍到船頭為止，船底下好像有股很急的順流，船頭無需約束就能擺正。要想讓船向北行駛，只要把關(guān)門棒向南扭轉(zhuǎn)就行；而要想讓船向南行駛，則將關(guān)門棒向北扭轉(zhuǎn)即可。

按現(xiàn)代的力學(xué)知識來解釋，如圖所示，在發(fā)動機的作用下，船向前（即圖示向右）航行。在研究船體和水的相對運動時，通常將船看作固定不動的物體，而認為水流正在進行與船行駛方向相反的移動。從所給的圖中可以看出，水有一個作用力P壓到了舵A上，在P的作用下，船會圍繞著重心C順時針轉(zhuǎn)動。船與水的相對速度越大，即船的行駛速度越快時，舵就會越靈敏。但是如果船與水的相對速度為零，即相對靜止時，舵的靈敏度很低，就無法使船轉(zhuǎn)動起來了。

我國是世界上最早發(fā)明舵的國家，舵的發(fā)明是我國造船和航海技術(shù)方面的重大成就，對世界航海事業(yè)也產(chǎn)生了一定的影響。

我國的船舵是由船槳發(fā)展而來。古代航行早期，船槳分為兩種，分別用來劃行和控制方向，其中控制方向的槳就被稱為舵槳。舵槳的位置從船舷逐漸移至船尾中央，成為尾槳，操作方法也逐漸從劃動轉(zhuǎn)變?yōu)椴浑x開水面的左右擺動。但這樣的尾舵槳也存在一些缺陷，比如遇到淺灘或靠岸時不易操縱。于是古人不斷改善舵的形狀和安裝方式，最終發(fā)明了真正的舵。

早期的舵是斜伸出船尾的，在船后會凸出較多；改良之后舵的形態(tài)變?yōu)榇怪辈迦胨校婷婧投嬷穆?lián)結(jié)位置也由舵面中部移到了邊上，這種舵叫做垂直舵。我國古代的帆船結(jié)構(gòu)大多是首尾翹起的，因此正適合安裝垂直舵，后來還會在船尾修建專門的舵樓，用來操縱船舵。

后來因航道上的水深淺不一，古人又將垂直舵升級為了升降舵，也叫懸吊舵，這是一種能用繩子轉(zhuǎn)動滑輪從而使之能夠上下移動的舵。當船靠岸或駛?cè)霚\灘時，可以將舵吊起，避免被折斷；當船只在行駛過程中不需要改變航向時，將舵升起來以減少阻力、提高行駛速度；當遇到風(fēng)浪時，將舵降到最低處，可以減少船體搖晃、降低船只隨風(fēng)漂泊的可能性，從而降低船只航行的危險性。

時至今日，舵仍舊是船舶不可缺少的一部分。由此看來，我國古人的智慧不容小覷，許多發(fā)明成果值得我們進一步深入研究和拓展應(yīng)用。

本文由北京市第六十五中學(xué)一級教師胡曉艷進行科學(xué)性把關(guān)。

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