[科普中国]-古人的造船智慧——船舵

舵是船舶的重要操纵设备，附设在船体外，利用航行时水流在其操纵面上的作用力来工作，是控制船舶航向的装置。

《天工开物》中对舵的作用原理是这样介绍的：“凡舵力所障水，相应及船头而止，其腹底之下，俨若一派急顺流，故船头不约而正，其机妙不可言。舵上所操柄，名曰关门棒，欲船北，则南向捩转；欲船南，则北向捩转。”大意是，船舵能阻挡水的力量，其作用范围到船头为止，船底下好像有股很急的顺流，船头无需约束就能摆正。要想让船向北行驶，只要把关门棒向南扭转就行；而要想让船向南行驶，则将关门棒向北扭转即可。

按现代的力学知识来解释，如图所示，在发动机的作用下，船向前（即图示向右）航行。在研究船体和水的相对运动时，通常将船看作固定不动的物体，而认为水流正在进行与船行驶方向相反的移动。从所给的图中可以看出，水有一个作用力P压到了舵A上，在P的作用下，船会围绕着重心C顺时针转动。船与水的相对速度越大，即船的行驶速度越快时，舵就会越灵敏。但是如果船与水的相对速度为零，即相对静止时，舵的灵敏度很低，就无法使船转动起来了。

我国是世界上最早发明舵的国家，舵的发明是我国造船和航海技术方面的重大成就，对世界航海事业也产生了一定的影响。

我国的船舵是由船桨发展而来。古代航行早期，船桨分为两种，分别用来划行和控制方向，其中控制方向的桨就被称为舵桨。舵桨的位置从船舷逐渐移至船尾中央，成为尾桨，操作方法也逐渐从划动转变为不离开水面的左右摆动。但这样的尾舵桨也存在一些缺陷，比如遇到浅滩或靠岸时不易操纵。于是古人不断改善舵的形状和安装方式，最终发明了真正的舵。

早期的舵是斜伸出船尾的，在船后会凸出较多；改良之后舵的形态变为垂直插入水中，舵面和舵柱的联结位置也由舵面中部移到了边上，这种舵叫做垂直舵。我国古代的帆船结构大多是首尾翘起的，因此正适合安装垂直舵，后来还会在船尾修建专门的舵楼，用来操纵船舵。

后来因航道上的水深浅不一，古人又将垂直舵升级为了升降舵，也叫悬吊舵，这是一种能用绳子转动滑轮从而使之能够上下移动的舵。当船靠岸或驶入浅滩时，可以将舵吊起，避免被折断；当船只在行驶过程中不需要改变航向时，将舵升起来以减少阻力、提高行驶速度；当遇到风浪时，将舵降到最低处，可以减少船体摇晃、降低船只随风漂泊的可能性，从而降低船只航行的危险性。

时至今日，舵仍旧是船舶不可缺少的一部分。由此看来，我国古人的智慧不容小觑，许多发明成果值得我们进一步深入研究和拓展应用。

本文由北京市第六十五中学一级教师胡晓艳进行科学性把关。

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