阅读理解:阅读下面文章,解答下列问题 第一题: 野渡无人舟自横 ——漫话流体运动中物体的稳定性 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。 这首脍炙人口的优美的山水诗七绝名篇《滁州西涧》,系唐代诗人韦应物(约 735 —约 792 年)在唐德宗建中二年(公元 781 年)出任滁州(今安徽滁州市)刺史时所作。当您反复吟诵这美丽的诗句时,如画的意境就重现在您的眼前,真是美不胜收。可是,您可曾想到在这洗练的诗句中还凝聚着诗人对力学现象的洞察力! “春潮带雨晚来急,野渡无人舟自横”,意思是郊野渡口栓着的一条无人驾驭的小船,在晚潮加之春雨形成的小河湍急的流动中,横在河里,随波荡漾。这里形象又真实地描绘了在河中荡漾的小船,因要处于一个稳定的平衡位置,它总要横在河中。 二百年后,担任过宋代的寇准( 961 — 1023 年)在 19 岁( 980 年)进士及第,初知巴东县(今湖北巴东县西北)时,登高楼眺望也作了一首五言律诗《春日登楼怀归》: 高楼聊引望,杳杳一川平。野水无人渡,孤舟尽日横。 荒村生断霭,古寺语流莺。旧业遥清谓,沉思忽自惊。 诗的前三联写春日登楼见闻,尾联由见闻而怀归。清人何文焕曾评论“野水无人渡,孤舟尽日橫”此联,说寇准登楼看见相仿景色时,很自然地受到《滁州西涧》诗的触发,便随手点化了韦句,而意境却比韦句来得更加丰厚。 在上海辞书出版社出版的《唐宋词鉴赏辞典》中还收入了另一位宋代词人廖世美的词《烛影摇红:题安陆浮云搂》,其后半阕写道: 催促年光,旧来流水知何处?断肠何必更残阳, 极目伤平楚。晚霁波声带雨。悄无人、舟横野渡。 数峰江上,芳草天涯,参差烟树。 “晚霁波声带雨。悄无人、舟横野渡。”确也写出了与韦应物同样观察到的自然现象。 另外,很有趣的是我国古代四大名著之一、明代罗贯中所著《三国演义》的第四十九回“七星坛诸葛祭风,三江口周瑜纵火”,对这一现象也有一段颇精彩地描述:“孔明“借”得东风后,即乘赵子龙前来接应的船返夏口。周瑜急唤帐前护军校尉丁奉、徐盛二将各带一百人,分水陆两路追杀孔明。 徐盛教拽起满帆,抢风而驶。遥望前船不远,徐盛在船头高声大叫:“军师休去!都督有请。”只见孔明立于船尾大笑曰:“上复都督:好好用兵,诸葛亮暂回夏口,异日再容相见。”徐盛曰:“请暂少住,有紧话说。”孔明曰:“吾己料定都督不能容我,必来加害,预先教赵子龙来相接。将军不必追赶。”徐盛见前船无蓬,只顧赶去。看看至近,赵云拈弓搭箭,立于船尾大叫曰:“吾乃常山赵子龙也!奉令特来接军师。你如何来追赶?本待一箭射死你来,显得两家失了和气。教你知我手段!”言讫,箭到处,射断徐盛船上篷索。那篷堕落下水,其船便横。赵云却教自己船上拽起满帆,乘顺风而去,其船如飞,追之不及。” 箭到处,那篷堕落下水,其船便横。这段话明确指出了,在湍急的河流中,帆落下、失去风力推动而不能行驶的船,只好横在水中这一自然现象。 为什么在河中荡漾的船总是要横在水中呢?这里有一个流体力学问题。一般物体在静力作用下的平衡问题,是一个古老的力学问题。直立在桌子上的细杆,系处于不稳定的平衡位置,当此细杆受一扰动后,重力形成的力矩将使细杆远离平衡位置;而悬挂的直杆平衡是稳定的,当此直杆受一扰动后,重力形成的力矩会倾向于恢复平衡位置。由于流体运动时对物体产生的合力和合力矩,计算起来比较复杂,所以要得到在运动流体中物体平衡稳定性的精确分析,需要艰苦细致的工作积累;经过了许多力学家的持续努力,直到 19 世纪末、 20 世纪初才得到解决。所以唐代诗人韦应物对船体稳定性问题的观察,比起西方精确描述的出现要早一千二百多年。 现在,我们用近代流体力学来精确分析韦应物等人所观察到的现象。用流体力学的观点可将舟或小船简化成一个细长椭圆柱体,来讨论理想不可压缩流体绕椭圆柱体的二维流动问题,以计算流体对椭圆柱体的作用力和力矩,从而找到其稳定的相对平衡位置。设河中流体相对于椭圆柱体以匀速流动,椭圆的长轴与流动方向呈一夹角,用平面流动的复变函数分析可计算出椭圆柱上所受的合力为零;合力矩的大小与来流同长轴的夹角有关。当夹角为0度和90度时,合力矩为零,即小船顺向或垂直横向来流时,均为平衡位置,但这两个位置的稳定性却是大不相同的。 对于夹角为0度,即小船顺向来流时,当来流或船体受一扰动,使椭圆与来流的夹角产生任一扰动小偏角,所产生的力矩会使得偏角增大。可见这个平衡位置是不稳定的。 图1 小船顺向来流时的偏离情况 对于夹角为90度的情形,即小船垂直横向来流时,若椭圆与来流的夹角产生任一扰动小偏角,则在椭圆上的作用力矩会使得偏角减小。所以这个平衡位置是稳定的。 图2 小船横向来流时的偏离情况 以上关于小船平衡稳定性的分析,对于航行中的小船也是适用的。顺着小船的航速方向的平衡也是不稳定的,为保持其航向,舵手需要不断地调整操纵。这就是为什么一个划船的生手,总是难以使小船笔直航行的道理。在初学划船时,船往往总是在水里打转转。而栓于郊野的无人渡船,在湍急的来流中,总欲自横,处于垂直横向来流的稳定位置,或在垂直横向来流的稳定位置附近摆动。 当然,以上的分析仍还是粗糙的。要真正考虑航行中小船的稳定性,还需要考虑小船的惯性。而这些内容就是近代导向船舰、飞行器在航行中运动稳定性的深入的学问了。它是近代航海航空航天技术的理论基础之一。 “春潮带雨晚来急,野渡无人舟自横”,唐代诗人韦应物对船体稳定性入细入微的观察,并仅仅用了七个字便活脱脱地勾画了出来,不仅使我们获得了美的享受,而且还从中体味出自然规律。而这却早在距今一千二百多年以前就有了。