作者:李思辉,王芳丽 来源:中国科学报 发布时间:2025/10/22 17:24:22
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考察三峡时,杨振宁抛出一个萦绕他80年的力学问题

 

10月18日,享誉世界的著名物理学家杨振宁先生逝世,各界纷纷表达哀悼和怀念。

《中国三峡》杂志刊发时任三峡集团党组副书记、副总经理的林初学的一篇文章,深情回忆了杨振宁先生考察三峡的情景,往事历历,令人动容。尤其是,杨先生关于“三峡纤夫拉纤时纤绳为什么不是系在船头”的追问和思考,让人印象深刻。

杨振宁院士在三峡大坝坝顶。刘华摄

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据林初学回忆,杨振宁先生在家人的陪伴下,于2018年4月25日至27日赴三峡考察,是第一位到访三峡工程的华人诺贝尔奖获得者。在了解到三峡一带过去靠人力拉纤,葛洲坝、三峡成库后峡江航道条件得到极大改善时,杨先生突然提出问题:“行船拉纤时纤绳为什么不是系在船头呢?”

原来,杨振宁先生小时候随家人从安徽家乡出来,看见过江南水路交通的情形。纤夫们拉着船前行的场景给他留下很深的印象。在他记忆里,“纤夫拉着的纤绳好像是系在桅杆之上的”。杨先生说,他这些年脑海里留下的问题一直未解:“纤绳为什么不是系在船头呢?”

因为没做过观察和研究,对这个问题,在场的人一时难以回答。因为年代久远,甚至,很多此前见惯了拉纤的当地人也不太记得拉纤时,纤绳到底是系在何处。

随后的考察途中,林初学在石牌保卫战遗址附近的纪念馆里,注意到一张旧时三峡行船的老照片,画面是峡江里一只单桅杆的帆船,纤绳系挽的位置看得比较清楚,确实不是系在船头,而是系在桅杆上。照片由美国《生活》杂志摄影师拍摄。

林初学用手机拍下照片,给杨振宁先生看了照片。照片虽印证了杨先生“纤绳未系船头”的儿时记忆,回答了知其然的问题,但要知其所以然,也只提供了线索。于是,在杨振宁先生见证下,大家在船上展开了一场认真的讨论。

1946年美国生活杂志摄影师拍摄的三峡木帆船

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林初学回忆,当时大家依照直观判断,加上回忆中学物理讲授的力学知识予以应用,不长时间就有了基本的解答。

最直观的道理是,纤绳若简单系于船头,位置太低,很容易被河边的岩石或障碍物别住,时不时需要拣挽(即由拖后的一位纤夫去把纤绳抬起来越过障碍)。从受力的角度,帆船靠风帆鼓起,以风为动力通过桅杆传至船体推动船行,而无风或风力不足时靠纤夫人力牵引,纤绳的着力点也应与鼓帆时的着力点基本一致,所以纤绳系于桅杆而不是船头。

查了地方水运资料里面关于拉纤的描述后,林初学进一步发现,纤绳的高低还可以通过装在桅杆顶部的滑轮调节,能提升起来避让较高的障碍物。进一步细致考察发现,纤绳实际上是以一个三角形与桅杆连接的,三角形一个顶点在纤绳上,两个顶点分别在桅杆上部和下部,边长可以调节、形状可以变化。这样,不管纤夫是沿接近江面的纤道上平拉,还是在高出江面的坡道上斜拉,通过三角形的形状变化,可以保持纤绳传递的水平分力最大,而垂直分力均被船自生重量抵消,不产生于船正常前进不利的转矩。

另外,如果纤绳系在船头,当遇曲折岸线时,纤夫在纤道上拉行的方向与船行方向形成较大夹角时,由于着力点不在船的重心附近,拉纤产生的侧向分力会形成力矩使船头偏转,而需要舵工大力搬舵去抵消转向的力矩。相反,纤绳系于桅杆,桅杆位置靠近船的重心,就不会产生使船头偏转的力矩。

事后,林初学不禁感叹:纤夫拉纤是造访三峡者常问及的事,由纤夫问及纤绳系法,引出一场力学的讨论,杨先生是第一人。

此事发生在七年前,那一年,杨先生96岁。

(本文史实源于林初学刊发于2018年第6期《中国三峡》杂志上的文章《穿越时空的“纤绳之问”——陪同杨振宁院士考察三峡逸事》,本篇报道已获相关方授权。)

 
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