风可以为我们做些什么有益的事?

风的利用
从"风帆行舟"
到"风力发电"
风的利用史

风能的利用已有
千年的历史.最
早的利用方式便
是风帆行船,到现代的风力发电.早在唐朝诗人李白就有"乘风破浪会有时,直挂云帆济沧海" ,而到了明朝,郑和就领着庞大的船队七下西洋.在现代风的利用还主要是风力发电,十六世纪,荷兰人利用风车排水,与海争地,在低洼的海滩地上建国立业,逐渐发展成为一个经
济发达的国家.直到
今天,荷兰人将风车
视为国宝,北欧国家
保留的大量荷兰式的
大风车,已成为人类
文明史的见证.

风车发电
风帆行舟
怎样使作用与船的风力最大
y 如图所示:设帆面法向与Y轴成A角,风向
与Y轴成B角,Y的方向实为帆船的航向.现
来求驱使帆船前行的力F.
解: 以I来表示风强,则风对帆的作
用强度应为I2=ICOS(B-A).
而作用在帆上的风力只有沿Y轴的方向是驱使
帆船前进的力F.所以:
F=ISCOS2(B-A)COSB.
上式对B求导得:
2tg(B-A)=tgA时F最大.

(当然,需说明,I本应该是风相对于船的风向,但风速远大于船速,
我们直接用I的方向来分析更简便,同时误差也不大.)

帆面法向
风向

X
帆面
船
风向I
逆风也能前行
若在上例中风是沿Y的反向,怎样才可以使得船能逆风前行呢 分析F关于A的式子,我们可以看到A角要满足:
COSA0即可.也就是说我们可以不必沿着Y轴前行,采用曲线或折线的方法办到这一点,如下图所示:
风向
航线
逆风航行的可行性
此法能使得,在每条直线的航线上,可通过调节帆的方向使得航向与风向以及帆面法向达到一定的角度要求,于是利用逆风,帆船同样可以前行.

如图所示:航向与风向及帆面法线之间的夹角