王振东:野渡无人舟自横

选择字号:   本文共阅读 8021 次 更新时间:2008-09-19 13:53

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王振东 (进入专栏)  

“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《滁州西涧》是唐诗名篇,为韦应物在唐建中二年(公元781年)出任滁州刺史期间所写。尽管许多人对这首七绝作过多种解释和评论,但却忽略了诗句中所凝聚着的对力学现象的洞察力。

“春潮带雨晚来急,野渡无人舟自横”,意思是拴在郊野无人驾驭的小船,在小河湍急的流动中,横在河里,随波荡漾。这里形象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,总是横在河里。

为什么小船要横在河里呢?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,是一个古老的概念。直立在桌子上的细杆,是一个不稳定平衡位置;而悬挂的直杆,平衡是稳定的。前者受一扰动后,重力形成的力矩,将使细杆远离平衡位置;而后者受扰动后,力矩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比较复杂,直到上世纪末、本世纪初,才对运动流体中物体平衡稳定性做出较精确的分析。现在己容易用流体力学的方法,将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的二维流动问题,以计算流体对椭圆柱的作用力和力矩,从而证明拴于郊野的无人渡船,在湍急的来流中,总欲自横,这是小船的稳定平衡位置。因为理论计算模型尚简略,最近在天津大学流体力学实验室的6米水槽中,做了小船稳定平衡位置的模型实验,也证明了的确是“野渡无人舟自横”。

对于航行中的小船,以上的道理也是适用的。小船顺着航行方向的平衡是不稳定的,为保持航向,舵手需不断地调整操纵。这就是为什么一个划船的生手,总是难于使小船笔直航行的道理。在初学划船时,往往总是在水中打转转。当然,要真正弄清航行中小船的稳定性,还必须考虑小船的惯性。而这些内容就是近代导向轮船、飞机在航行中运动稳定性的深入学问了。它是近代航海航空航天技术的理论基础之一。

韦应物入细入微的观察和高度概括能力,仅仅用了七个字,便将这一类极为重要的自然现象活脱脱地勾画出来,不仅使读者得到了美的享受,而且从中体味出自然规律。而这早在距今1200多年以前,比西方对这一现象的精确描述要早1100多年。

中国是一个诗的国度,唐诗是我国文学史上一颗光辉灿烂的明珠,千百年来一直为人们传诵不衰。在唐诗中还可以找到一些对流体运动现象观察和描述的佳句。而韦应物是一位值得特别提出的唐代诗人,他有好几首涉及流体运动现象的诗作,除《滁州西涧》外,还有《咏露珠》诗:“秋荷一滴露,清夜坠玄天,将来玉盘上,不定始知圆。”这首诗形象地描绘了露珠在荷叶面上不润湿的力学现象。《听嘉陵江水声寄深上人》诗中所写:“水性自云静,石中本无声。如何两相激,雷转空山惊。”以及《赠卢嵩》诗所写:“海水虽无心,洪涛亦相惊。怒号在倏忽,谁识变化情?”这两首诗不仅对流体运动致声作了形象的描述,还对流体运动为什么会致声提出了疑问,有所思考。

过去人们总是从老子、庄子、墨子等一些思想家的著述中,去寻找古代的力学思想,这当然是不错的;但却忘了在古代诗词中,也有一些佳句是对力学现象的精湛描述。韦应物的这几首诗正是很好的例子。

(原刊登于天津《今晚报》1997年9月20日“日知录:博士生导师征文栏”,作者授权天益发布)

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