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1、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
2、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
3、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。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a）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。力矩可用来衡量力让物体绕点或轴转动的程度， 力矩越大，物体就越容易发生转动，而力矩为零时，物体就会保持稳 定。言归正传，研究者
4、们的结果似乎意味着小舟在垂直和平行于堤岸 的位置上都能稳定，但真的如此吗？在此，我们先用下面这张图科普一下力学中“稳定”的概念。生活 经验告诉我们，如果用手轻轻拨动小球，左边的小球最终会回到原来 的位置，中间的小球会在一个新的水平位置停下来，而右边的小球则 会滚到四海八荒以外，无法回到原来的位置。力学中将左边小球的状态称为 “稳定 ”，右边的为 “不稳定 ”，而中 间的则是“中性稳定”。诗句“春潮带雨晚来急 ”说的是晚潮和春雨使河水发生了湍急的 流动，也就是说小舟被拨动了。小舟被拨动后，其合力矩也会发生变 化。研究者们发现，对于平行于堤岸的小舟，其合力矩变化的方向和 小舟偏离的方向是相同的，力
5、会使小舟越来越偏离原来的位置；而对 于垂直于堤岸的小舟，合力矩变化的方向和小舟偏离的方向却是相反 的，力会使小舟重新回到原来的位置。这说明小舟只有在垂直于堤岸时，它的平衡才是稳定的，这便是 “野渡无人舟自横”的原因。野渡无人舟自横以上两种角度的解释，其力学本质是相同的，需要注意的是，实 际上河水是存在粘性的，只不过其粘性系数（注释）为1.0087，近似 于理想的无粘流体（粘性系数为 1），因此我们认为河水没有粘性，这 样岸边与河道中间的水流速度便相同了，以上的分析都基于这一假设此外还应注意，虽然在稳定的河水中，无人操纵的小舟总会一直 保持在“横”的位置，但在复杂的水域里，小舟的运动则要复杂得多， 其状态究竟如何就需要具体情况具体分析了。看似寻常的一首古诗，却包含丰富的科学道理。近来在一档诗词 节目的带动下，社会上掀起了一股诗词热，小伙伴们在领略诗词之美 的同时，不妨也尝试从科学的角度探索其中蕴含的自然规律吧！
