为什么风力只能垂直船帆帆面？

帆船逆风航行是一种老题，竞赛也考过。但是对学生来说，老题并不老，里面有些问题，细究之下，并不好回答。

逆风航行时风对帆的作用力是垂直于帆面的。但是为什么只能是「垂直」于帆面的呢？

有个小伙伴问了这样一个题(原题为选择，选项扔了)：

如图甲所示，一艘帆船正逆风行驶。如图乙所示是帆船逆风行驶的简单受力分析图，风力、方向与帆面的夹角为，航向与帆面的夹角也为，风力在垂直帆面方向的分力推动帆船逆风行驶，求风力在航向方向的分力。

解题过程不难。把风力分别沿着帆面和垂直帆面的方向分解，则风垂直帆面方向的分力为，继续分解，求得其沿航向方向的分力为

即所求。

问题是，风力平行于帆面的分力(即下图中的红箭头)在航向方向也能分出来分力。求解过程中，视风力沿航向方向的分力为解中的分力，而并非风力本身。风力平行于帆面的分力你给整哪去了？

能问出来这样问题的学生，都是好学生，虽然他对高中物理里面的“「风」”这种介质建立的模型不清晰、不符合命题人的意图(题中的条件说的不明确)。他问的是根底层面的问题。

在高中物理阶段，一般把“「风」”看成无黏性、不可压缩的连续介质(这在专门的流体力学书里面，大约不到10页)，这种无黏性的风把风力施加在帆面上时，要么可以看成在平行帆面方向上滑行离开了帆面 ，要么可以看成风瞬间在帆面上形成一个极其薄的边界层，后续的空气介质作用在“边界层”上，这时相当于用手套着旱冰鞋企图把粘在桌面上的纸“「搓」”动一样，除了边界层，空气再也没有办法固着在帆面上了。

有了这样的模型，风力只能以垂直帆面的方向施力，而不会有平行于帆面的力。

这些事情，在专门的流体力学里，风的这种模型，叫做只能施加压应力，不能施加剪应力。

必须强调的是，这里显然在一直嗷嗷强调着：我们只研究平面帆、不研究曲面帆！

有同学认为帆面是一个非常薄的面，它没有施力点，所以风没法把力作用到帆面上面去。我的理解是，这种说法虽然结果正确，但原理似乎不太完善。当然这个不完善，是题目造成的，它没说明白让我们「怎样去看待」风。看帆面侧面，确实是个无从着力的薄面，但风是在侧面上把力作用上去的，只有认为有个边界层才比较符合当前的这个简化模型下的物理题所指向的事实。真实情景是怎样的呢？是边界层上再附着空气层，层上再加层，界界层层无穷匮也，而每一层都趋近于零，总的看来，这个力也不大，就「像」空气平行于帆面不施加力了。能表明这个事实的依据，只要让风以很大的速度吹到松驰的帆上来就好，此时帆面上必然如波纹起伏的水面，呼啦啦抖动起来，这说明剪应力出现了。再看看生活中的帆船，没有人把帆面松驰了，而是紧绷在几条横杆(叫樯？)上张开来，大概地或与此原因有关。这件事，也有专业的解释，大略的可以用“沿程摩阻”和一些经验结论说明它们，这种层与层间力的消减，有点类似抛物线的规律，一般研究腔管结构里面的事情，高中物理的试题里，往往把模型清晰明了的给定了，不清不楚的考察模型，极少遇到。