航海科普:海上風大浪急,船為什麽不翻也不晃?船體有玄機
來源:科學信仰
發布時間:2022-06-24
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海上的天氣就像孩子的臉,變幻莫測,那麽(me) 船隻航行在大海上,為(wei) 什麽(me) 不會(hui) 翻呢?

當然,翻船的情況也是存在的,不過這算是小概率事件,大多數的情況下,船隻都不會(hui) 因風浪而翻覆,否則就沒有人敢坐船了。如果我們(men) 注意觀察一些小型船隻,就會(hui) 發現,它們(men) 總是會(hui) 隨著海水的波動而左右晃動,有時晃得大,有時晃得小,但無論大晃還是小晃,最終它們(men) 都能重新歸正,而不會(hui) 翻覆,為(wei) 什麽(me) 會(hui) 如此呢?奧秘還要在船體(ti) 上找。任何兩(liang) 個(ge) 具有質量的物體(ti) 都具有相互的引力作用,對於(yu) 所有存在於(yu) 地球上的事物而言,它們(men) 都受到來自地球的引力作用,方向指向地球的中心。

一個(ge) 物體(ti) 所受到的地心引力是作用於(yu) 這個(ge) 物體(ti) 上的每一個(ge) 點的,而每一個(ge) 點所受的引力的合力就是這個(ge) 物體(ti) 的重量,每一個(ge) 點所受的引力合力的作用點就被稱之為(wei) 物體(ti) 的“重心”。

任何一個(ge) 物體(ti) 都有一個(ge) 重心,無論它的形狀是否規則,而且物體(ti) 的重心也並不一定就要在物體(ti) 之上。回到船的問題上來,很顯然,船是一種比較規則的形狀,所以一艘船的重心大概就位於(yu) 這艘船中心靠下的位置,這與(yu) 船的大小和高矮沒有太大的關(guan) 係,因為(wei) 即便是高度達到了64米的“海洋綠洲號”巨型郵輪,它的重心依舊在船體(ti) 的中心靠下位置。因為(wei) 即使船體(ti) 再高,一艘船最重的部分依舊是位於(yu) 船隻底部的。

重力將船隻向下拉,但船並沒有沉入水中,為(wei) 什麽(me) 呢?

因為(wei) 有一個(ge) 力在與(yu) 重力對抗,它就是浮力,海水的浮力。浮力是豎直向上的,它與(yu) 重力的方向恰好相反,但不同的是,重力是作用於(yu) 整個(ge) 船體(ti) 的,而浮力是作用於(yu) 沒入海水內(nei) 部的船體(ti) 部分的,所以我們(men) 常說一個(ge) 物體(ti) 的排水體(ti) 積越大,它所受到的浮力也就越大。浮力還有一點與(yu) 重力相似的地方,就是它也是作用於(yu) 沒入水中船體(ti) 的每個(ge) 點上的,所以每個(ge) 點所受的浮力的合力也就會(hui) 匯聚在一個(ge) 點之上,這個(ge) 點就被稱之為(wei) “浮心”。對於(yu) 一艘在水麵上平穩航行的船隻來說,浮心的位置位於(yu) 重心之下,兩(liang) 者位於(yu) 同一條垂直於(yu) 水麵的直線之上。

正是因為(wei) 浮心位於(yu) 重心之下,所以船隻才可以漂浮在水麵之上。

然而,船隻並不可能永遠平穩地航行在水麵上,事實上每時每刻船隻都在晃動。當一艘船因海麵的波浪而向右傾(qing) 斜時,船的重心位置是不會(hui) 發生任何變化的,因為(wei) 隻要物體(ti) 的體(ti) 積和形狀不發生改變,重心也就不會(hui) 變化。可浮心就不一樣了,當船體(ti) 向右傾(qing) 斜,右側(ce) 的排水體(ti) 積就會(hui) 大於(yu) 左側(ce) ,而浮力是作用於(yu) 排水部分的船體(ti) 的,所以此時浮心也會(hui) 向右移動,這個(ge) 時候,重心與(yu) 浮心可就不在一條垂直於(yu) 睡眠的直線上了,於(yu) 是這兩(liang) 個(ge) 方向相反的力就會(hui) 產(chan) 生一個(ge) 扭力,把船體(ti) 從(cong) 向右傾(qing) 斜的狀態扭回來。

被扶正的船體(ti) 會(hui) 因為(wei) 矯枉過正而開始向左傾(qing) 斜,於(yu) 是相同的故事又上演了,重心與(yu) 浮心的合力又再一次將船體(ti) 從(cong) 左斜的狀態扶正,而重力與(yu) 浮力的合力所產(chan) 生的力矩就被稱之為(wei) “扶正力矩”。

於(yu) 是在扶正力矩的作用下,船隻左晃右晃,就是不翻。船雖然不會(hui) 翻,但總是左晃右晃也受不了啊,小船還好說,如果是大型郵輪,上麵的貨物還不全都晃到海裏去,船艙裏的物品還不全都摔個(ge) 稀碎。所以,為(wei) 了讓船能夠始終平穩航行而不晃動,人們(men) 就在船底兩(liang) 側(ce) 安裝了一個(ge) 叫做“舭龍骨”的部件,這東(dong) 西不管是大船還是小船,基本都有。

在船體(ti) 發生晃動的時候,舭龍骨的兩(liang) 側(ce) 會(hui) 產(chan) 生與(yu) 晃動方向相反的湍流,如此便能夠有效降低船體(ti) 的晃動幅度。

但對於(yu) 大型郵輪來說,隻靠舭龍骨還是不夠,它們(men) 還裝有一種形似魚鰭的部件,這個(ge) 部件就叫做“減搖鰭”,減搖鰭有被動式的,也有主動式的,主動式減搖鰭可以人為(wei) 控製進行活動,能夠有針對性地減緩船隻搖晃的趨勢,對於(yu) 船隻來講,這算是一種高大上的配置,所以小船肯定是沒有的。如果有了舭龍骨,又安裝了減搖鰭,船隻的晃動幅度還是不能令人滿意,那也有辦法,可以在船體(ti) 內(nei) 部安裝減搖水艙,通過位於(yu) 船體(ti) 兩(liang) 側(ce) 並相互連通的水艙來產(chan) 生與(yu) 晃動方向相反的力,從(cong) 而起到平穩船身的目的。



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