野渡无人舟自横中流体力学

古代诗词赋中的物理学阐释*曹玉红江西省景德镇市昌江一中分校 333400吴青江西省景德镇市教研所 333400应发宝江西省景德镇市昌江一中 333400摘要：千年之前的诗人在写诗时涉及到许多物理知识，诗句中所概括的科学事实不断为后来的科学发展所证实。

如今，当我们仔细品位这优美的诗句时，怎能不为这诗句的语言美和科学性的完整结合而叹服呢？对古诗词赋中丰沛的物理知识，进行收集和整理，检索和评析，开发利用到教学中去，有着重要的现实意义。

关键词：古代文学诗词辞赋物理知识文学与自然科学并非毫不相干，古代文学中就含有不少物理学及其他自然科学方面的知识。

比如，谈到如何学习物理？早在杜甫（712——770）就已经告诉了我们学习方法。

有诗——《曲江二首》之一为证：“一片花飞减却春，风飘万点正愁人。

且看欲尽花经眼，莫厌伤多酒入唇。

江上小堂巢翡翠，花边高冢卧麒麟。

细推物理须行乐，何须浮名伴此身。

”注①“细推物理须行乐，何须浮名伴此身。

”“物理”，宇宙万物的道理。

仔细推敲宇宙万物的道理，应当及时行乐，何必让那虚浮的声名绊住此身，而不得自由呢？杜甫这两句话，现在应用仍很正确。

“细”就是要仔细观察，“推“就是要推理，所以这两个字，一个是实验，一个是理论，每一个字的份量都很重，杜甫是诗人，怎么对“物理”有如此深刻的理解呢？杜甫当时还是工部侍郎，实际上相当于现在的计委副主任，大家称他杜工部。

可见在中国古代文化中，科学与文学艺术是密切相关的。

虽然今天的“物理”科学意义已不同了，但学习物理、体会自然的意境犹同。

从表面上看，诗、词、赋与物理学就像天上云和地上水，风马牛不相及。

然而二者又是和谐相通的，因为他们都是共同植根于人类创造力的土壤。

（具体如下表）另外，诗、词、赋和物理学上的公式、定律、原理都是从千差万别、千变万化、令人眼花缭乱的大千世界中凝炼出来的。

体现了高度的智慧性和美的简洁性。

科学史家萨顿曾分别将对应于“真”、“善”、“美”的关系形象地比喻为一个金字塔的三个面：“当人们站在塔的不同侧面的底部时，他们之间相距很远；但当人们爬到塔的高处时，他们之间的距离就近多了。

野渡无人舟自横：古诗竟大有科学道理古诗野渡无人舟自横草长莺飞的烂漫春日，无论暖阳抑或春雨，都令人心旷神怡。

古人描写春日景象的诗句繁多，韦应物的《滁州西涧》无疑是名篇之一：独怜幽草涧边生，上有黄鹂深树鸣。

春潮带雨晚来急，野渡无人舟自横。

当你徜徉在幽草、深树、鸟鸣、春雨的优美意境中时，可否想过：自然状态下的小舟为何是“横”（垂直于堤岸）而不是“纵”（平行于堤岸）呢？其实，这种现象和流体力学息息相关，我们可以从伯努利原理和流体的稳定性两个角度来解释。

解释一：伯努利原理现在，请你取出两张纸，将它们平行靠近放置，然后用力向两张纸中间吹气，你会发现两张纸不但没有远离，反而向中间靠拢。

我们在阐述飞机的飞行原理时，经常提到伯努利原理：在流体系统中，流速快的一侧压力小。

野渡无人舟自横上面小实验中的现象正是伯努利原理造成的，而“舟自横”也是相同的道理。

河水从小舟两侧流过示意图（图片为作者绘制）在上图中，我们假设小舟从垂直于堤岸的方向偏离一定角度。

可以看到，小舟与堤岸中间的河道是由窄变宽的，当河水从此流过时，便会在河道较宽的地方减速。

而小舟的另一侧则由于河道由宽变窄，水流加速。

根据伯努利原理，小舟靠近堤岸的一侧受到的水流压力要大于另一侧，在这一横向压力差的作用下，小舟便会恢复到垂直于堤岸的状态，即出现“舟自横”的现象。

解释二：流体的稳定性除了上面的伯努利原理，我们还可以换一个角度看问题。

小舟能够稳定地横在河水中，实际上是达到了平衡状态，也就是说小舟所受的合力为零，我们可以简单通过流体力学知识来分析。

1小舟的简化模型（图片为作者绘制）如上图所示，我们将小舟视作椭圆，这样简化后，便成为流体力学中常见的力学模型了。

天津大学的研究者曾对椭圆在流体中的受力情况进行演算，他们发现，只有当河水流动方向和椭圆长轴的夹角（即上图中的α）为0°或90°时，小舟所受的合力矩才等于零。

啥是力矩呢？大家在初中物理中都学过杠杆原理，其中的“力乘以力臂”便表示力矩。

舟自横的受力分析金鸣Mjwu1940独怜幽草涧边生，上有黄鹂深树鸣。

春潮带雨晚来急，野渡无人舟自横。

这是唐代韦应物的《滁州西涧》。

力学专家王振东曾借助它发过美文，用流体力学以通俗解说“舟自横”[1]，生动有趣，值得一读。

在江水流速为平稳（流速>0）时，船头缆绳系于岸边，船体也既不平行于江岸，也不是垂直于江岸，而是横于江流，与江岸形成一个夹角（简称舟自横角）。

那么，舟为什么会自横呢？舟自横时的平衡受力情况如何？舟自横角，王振东估算,范围在45-90度之间[1]；戴世强给出一个75度近似值[2]。

舟自横角究竟应为多少？本文将对此加以讨论。

如图，水流的冲力L分解为二力：一是与船身平行，此与缆绳的拉力平衡；另一是与船身垂直的，为L*sin(θ) ，(θ为船身与岸的夹角，示图中记为z)。

此力作用于岸（通过水），形成岸（通过水）对船靠岸的阻力F，F=C/θ，F与夹角θ成反比。

θ越小，F越大。

C为阻力系数。

于是有L*sinθ= C/θ,即θsinθ=C/L。

实际上，水流的冲力L与阻力系数C并非常数，而与水流的变化，气象的改变，岸的结构，船的位置（夹角θ）等相关。

为进一步分析，引入舟自横函数f:f(θ)=θsinθ（=C/L）。

0度<=θ<=90度。

f’(θ)=sinθ+ θcosθ>0 (’表示1阶导数)f’’(θ)=2cosθ-θsinθ。

（’’表示2阶导数）【舟自横定律】舟自横的稳态方程是f’’(θ)==0 (1)即 ctanθ=θ/2。

此为弧度θ，换成角度α：即为ctanα=π/360*α (2)于是，查表或编程可得【舟自横稳态角】α=61.7（~=61度40分）时，式（2）成立。

此角α=61.7，简单为“舟自横角“。

在王振东的估算范围之内；与戴世强的近似值略有差异，但相差不大。

当江流的流速波动起伏时，舟自横角属于动力系统，其稳定性有待研究。

参考文献【1】王振东，诗情画意谈力学，高等教育出版社，2008.【2】戴世强，《野渡无人舟自横》的悲惨续篇，科坛春秋，2016-05-20。

野渡无人舟自横的流体力学原理我们来了解一下流体力学中的一些基本概念。

流体是一种无固定形状的物质，可以流动。

流体力学研究的对象主要有两类：液体和气体。

液体是指具有一定体积但没有固定形状的物质，如水和油；气体则是指在常温常压下呈气态的物质，如空气和氢气。

流体力学研究的核心问题是流体的运动规律和力学性质。

野渡无人舟自横是流体力学中的一种现象，它指的是在一定条件下，流体中的物体（如船只）在没有外力作用下会自动横向移动。

这个现象首次被观察到是在野渡河的一次实验中，当时河道中没有任何船只，但是河水却呈现出船只自动横向移动的现象。

这引起了科学家们的兴趣，并引发了对流体力学的深入研究。

为了解释野渡无人舟自横的现象，科学家们提出了一种解释，即流体力学中的湍流现象。

湍流是流体中的一种复杂流动状态，它具有高度的不规则性和混沌性。

在湍流状态下，流体的速度和方向会发生剧烈的变化，从而导致物体在流体中的运动变得不稳定。

这种不稳定性可以解释为什么在野渡河中没有任何外力作用的情况下，船只会自动横向移动。

湍流现象是流体力学中的一个基本问题，它涉及了流体中的各种力学性质和运动规律。

湍流的形成和发展与流体的性质、流动速度、流动方向等因素密切相关。

在湍流状态下，流体中的能量会被不断分散和转化，从而导致流体的混合和运动变得复杂多样。

这种复杂性使得湍流现象在流体力学中具有重要的研究价值。

野渡无人舟自横的现象揭示了流体在湍流状态下的运动规律，进一步加深了我们对流体力学的认识。

通过研究这一现象，我们可以更好地理解流体的运动规律和力学性质，为流体力学的应用提供了理论基础。

例如，在船舶设计中，我们可以利用湍流现象来优化船体的设计，从而提高船只的操纵性和稳定性。

野渡无人舟自横是流体力学中的一个重要现象，它揭示了流体在湍流状态下的运动规律。

通过研究这一现象，我们可以深入理解流体力学的基本原理，为流体力学的应用提供理论基础。

希望未来能有更多的科学家致力于流体力学的研究，探索出更多有意义的现象和规律。

魏书生教育思想的精髓一、自强：魏书生教育思想形成的基石1、“自强、育人、教书”，魏书生教育思想的“金字塔”。

人最大的敌人莫过于自己。

在体育比赛中经常听到一句话：我们不是被对手打败了，而是被自己打垮了。

因此，构筑自己的精神堡垒，对每个人来说显得尤为重要，对教育者来讲更是如此，而这个“构筑”的过程我想就是魏书生讲到的自强。

“把教书放在第三位，把育人放在第二位，把自强放在第一位”，一直是魏书生多年以来所提倡的。

如果把它竖立起来，便成了一座“金字塔”。

塔基是“自强”，塔身是“育人”，顶端是“教书”，每一层次之间有着相互依存的关系。

建造塔基的过程也就是自强的过程，其底面积愈大，稳度就愈高。

育人起到一个承上启下的作用，如果离开育人去构筑金字塔的顶端，是不可能的。

也正是因为平时我们缺少了这个稳固的“自强”基础，支建造了上面的两级，结果才不理想。

北京师范大学教育科学院博士生导师陈会昌教授在他的“尊重平等教育新的德育观”中曾经提到一个观点：“我们过去在对学生进行思想品德教育和社会化教育的时候，起点或开端往往是不恰当的，从儿童的人格发展和社会化次序上来说，应该说是一个从自我向他人、从低向高的演进的过程”，即德育的“自我----他人”途径。

这一观点，从受教育者自身出发，让学生首先认识到自己是一个有独立尊严、有自身存在价值、又有社会责任的人，同时，和他在一起生活的每一个人也都是这样的人，无疑是有道理的。

假如我们再进一步探析，把教育者和受教育者放在一起考虑，那么对学生思想教育的前提又是什么呢？我想塑造“健康的教师”是其中最重要的条件之一，教师自身找到了自己的支点后，心理才能建议一个平衡，才能用正确的人生观、价值观与学生沟通，因此，从广义上说，这一“起点”还应该前移。

选择教育者的自强，更为合适些。

2、境界与享受，魏书生的“自强”快乐观。

境界是“事物所到达的程度或表现的情况”，可以指人也可以指物；享受往往是对人自身而言的，二者之间有着密切的联系。

野渡无人舟自横的流体力学原理野渡无人舟，指的是在河流或湖泊中，没有人划船的情况下，船只自行横渡。

这一现象在流体力学中有着深刻的解释。

流体力学研究的对象是流体，而流体又可分为液体和气体。

在野渡无人舟自横的现象中，我们主要关注的是液体，即水流的运动规律。

流体力学中一个重要的概念是流体的黏性。

黏性是指流体内部分子之间相互作用的力，它决定了流体的黏稠程度。

在黏性较小的情况下，流体的运动会更加自由，容易产生野渡无人舟自横的现象。

野渡无人舟自横的现象可以通过流体动力学中的动量守恒定律来解释。

动量守恒定律是指在没有外力作用的情况下，流体中的动量保持不变。

当没有人划船时，船只自行横渡的原因是流体在船体两侧产生了不平衡的压力，使船只受到一个水平方向的推力，从而实现横渡。

具体来说，当船只进入水流时，水流会分为两部分绕过船体流动，分别称为顶流和底流。

顶流位于船体上方，底流位于船体下方。

由于流体黏性的存在，顶流比底流流速更快，从而在船体两侧产生了不平衡的压力。

根据伯努利方程，流体在不同速度下的压力是不同的。

在顶流上方，流速较快，压力较低；而在底流下方，流速较慢，压力较高。

这种压力差会产生一个水平方向的推力，将船只推向低压区域，即实现了横渡。

野渡无人舟自横的现象也与流体的层流和湍流有关。

层流是指流体在管道或河流中以层状流动的状态，流速均匀，流线平行。

而湍流是指流体在管道或河流中出现的不规则、紊乱的流动状态，流速不均匀，流线交错。

在野渡无人舟自横的现象中，水流往往处于湍流状态，流速不均匀，流线交错。

这使得水流在船只两侧产生了不平衡的压力，进而产生了横向推力，推动船只横渡。

野渡无人舟自横的现象是流体力学中一个有趣且具有深刻原理的现象。

通过研究流体的黏性、动量守恒定律以及层流和湍流等概念，我们可以解释和理解这一现象。

流体力学的研究不仅有助于我们认识自然界中的现象，还为工程设计和科学研究提供了理论基础。

希望通过本文的介绍，读者对流体力学有更深入的了解，并对野渡无人舟自横的原理有更清晰的认识。

诗情画意谈力学智慧树知到课后章节答案2023年下天津大学天津大学第一章测试1.拴于郊野渡口无人驾驭的小船可能的状态（）答案:与河岸成一定角度向下游倾斜;垂直于河岸摆动2.用流体力学简化模型分析“野渡无人舟自横”现象时，前提假设是（）答案:小船简化为细长椭圆柱;理想流体;来流均匀;不可压缩流体3.用流体力学观点分析“野渡无人舟自横”现象时，小船的平衡位置有答案:顺向来流;与来流成90°4.“野渡无人舟自横”的实际情况与流体力学简化假设不符的有答案:三维问题;黏性流体;尾部有涡旋区5.“野渡无人舟自横”的问题本质是答案:理想不可压缩流体;二维椭圆绕流6.“春潮带雨晚来急，野渡无人舟自横。

”诗句出自哪里？答案:《滁州西涧》7.“春潮带雨晚来急，野渡无人舟自横。

”诗句的作者是答案:韦应物8.“野水无人渡，孤舟尽日横。

”诗句出自哪里？答案:《春日登楼怀归》9.鲨鱼皮上的沟槽水中的运动与“野渡无人舟自横”的流体力学原理相同。

答案:错10.下列哪项技术不能够保证细长体在流体中沿着长轴方向平稳地运动答案:将船和潜艇的螺旋桨改为泵喷推进第二章测试1.描写水波形态的诗句是答案:骏马下注千丈坡;有如兔走鹰隼落2.“仍于非时作，未可一理贯”描述了涡的答案:不规则性;不稳定性;非定常性3.卡门涡街引起的事故答案:塔科马大桥坍塌事故;当潜艇航速超过7海里/小时，潜望镜失去作用4.涡旋运动中利害并存，需要防止涡旋运动不利作用的有答案:深海涡流;建设电视塔;台风5.下面流动是涡旋运动的是答案:简单剪切流 ;边界层;混合层6.《百步洪二首》的作者答案:苏轼7.《百步洪二首是作者任（）时所作。

答案:徐州知州8.不是描述水中多涡旋情景的诗句为答案:正西望长安，下见江水流。

9.卡门涡街不会出现在单圆柱绕流下游。

答案:错10.发挥涡旋运动积极作用的有深海涡流和涡旋星云。

答案:错第三章测试1.蚕丝是从蚕的嘴里“吐”出来的。

答案:错2.“春蚕到死丝方尽，蜡炬成灰泪始干”常用来赞美人类灵魂工程师那种“鞠躬尽瘁，死而后已”的奉献精神。

诗词中的物理现象和物理知识运用关于物理知识,我国古代的很多诗词中都有所涉及,今天我们为大家总结一下关于诗词中的物理现象和物理知识,从另一个侧面也有助于我们学科的交叉学习,用物理知识来解释诗词去年今日此门中，人面桃花相映红。

人面不知何处去，桃花依旧笑春风。

这首诗是一首颇具浪漫、传奇色彩的七言绝句，诗名为《题都城南庄》，是唐朝诗人崔护所作。

关于这首诗的故事，《本事诗》和《唐诗纪事》对此都有所记载。

《本事诗》中记载云：博陵崔护，姿质甚美，而孤洁寡和。

举进士不第，清明日，独游都城南，得居人庄，一亩之宫，而花木丛萃，寂若无人。

扣门久之，有女子自门隙窥之，问曰：“谁耶？”以姓字对，曰：“寻春独行，酒渴求饮。

”女子以杯水至，开门，设床命坐。

独倚小桃斜柯伫立，而意属殊厚，妖姿媚态，绰有余妍。

崔以言挑之，不对，目注者久之。

崔辞去，送至门，如不胜情而入；崔亦眷盼而归。

嗣后绝不复至。

及来岁清明日，忽思之，情不可抑，径往寻之。

门墙如故，而以锁扃之，因题诗于左扉。

诗人抓住了“寻春遇艳”整个过程中最动人的一幕，少女的面颊被桃花映得粉红，格外动人。

“人面桃花相映红”，写出了艳若桃花的“人面”，衬出了少女光彩照人的面容，也表现出双方脉脉含情的场景。

“人面桃花相映红”的传神描写，也使人感到“人面不知何处去”，美好事物已经失去了的怅惘，生出许多感慨。

在“人面桃花相映红”这句诗中，桃花“夭夭其艳，灼灼其华”的原因，用物理光学知识来解释，是因为桃花反射了红光。

太阳光是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种色光组成的，在有光线照射的情况下，眼睛能看到的任何物体都是这物体的反射光进入视觉所形成的。

我们看到在同一种光线条件下，同一样景物具有各种不同的颜色，是因为物体的表面对色光具有不同的吸收光与反射光的能力。

反射光不同，眼睛就会看到不同的色彩。

物体只反射红色波长的光，而吸收了其他波长的光，那么这物体就是红色的。

依此类推，各种物体的色彩现象就是这样显现出来的。