大型轮船看起来头重脚轻,好像稍微一个大一点的浪拍过来,都能把轮船吞没。但事实上,除非遇到了极端天气,在不适合出海的情况下遭遇了大潮涌,一般情况下大型轮船遇到巨浪后,不仅不会侧翻,甚至连晃动都微乎其微。
我们在陆地上,稍微遇到大一点的风,都能看到各种东西被吹得东倒西歪,轮船这种上宽下窄,看起来头重脚轻的大家伙,为什么反而不会侧翻呢?
当物体进入液体当中时,会受到一个向上的浮力,大小和物体排开液体的重量相等。所以只要浮力大于或者等于船的重力,船就能浮在水面上。
船只看起来头重脚轻,正是因为船只的外形都是下部较窄,而上边比较宽。这种设计就是为了让船只进入水里的时候,可以得到更大的浮力。
大型轮船看起来很大,但实际上中间都是空的,而这也是为了获得更大的浮力,让船只能够始终浮在水面上。
至于轮船在遭到巨浪之后,不会侧翻,又牵扯到两个物理学的知识点,分别是重心和浮心。
地球上的任何物体都会受到地心的引力,就是我们通常说的万有引力。而地心引力在物体上的力作用点,就是该物体的重心。
在工程设计上,工程师绝对不能忽略重心的存在。因为重心位置不满足条件,很多东西都没办法正常运转。
就好像你挑着扁担,你肩膀放在重心上,那么扁担就能保持稳定,你只要正常前进,哪怕它晃晃悠悠,但不会突然无缘无故就翻倒了。
如果在你走路的时候,有人撞到了扁担,或者是突然将一边的扁担篮子拿掉,那另一头肯定会侧翻。
这就是因为,此时你的肩膀没有放在扁担的重心位置上,物体就没办法保持稳定了。
这样的情况放在船上也是一样,在遇到巨浪拍打的时候,只要船只的重心位置始终都在水面下,相当于水一直托着船只,自然不会侧翻。
可巨浪相当于外界给了船只一个作用力,就像是你挑着扁担的时候,有人推了你一把,这个时候想要保持平衡,确实不容易。
浮心,其实从名字就能看出,它是浮力的等效作用点,说的是浮体或者前提水下部分体积的行形心。
我们可以这样理解,船到底会不会翻,关键看浮心和重心是否稳定。只要浮心始终都在重心的下边,而且重心始终在吃水线下,船就不会翻。
比如我们看到的船,船首和船尾都略微向上翘起,这样做的好处是可以有效减少阻力,让船只在海上行驶的时候,可以更加丝滑、顺畅,用更小的动力,产生更快的速度。
别看这些大家伙头重脚轻,好像很容易摔倒一样,实际上在建造大型轮船的时候,工人就已经将发动机、曲轴等比较重的部件,都安装在了船只的下边,保证传输入水以后,这些大部件都能在船舱水线以下。
就是这样的设计才保证了船只在海上行驶的时候,重心始终位于水面下面,就算遇到了风浪,重心也能保持稳定。
如果船只只是停靠在岸边,天气比较晴朗,也没有任何风浪的情况下,轮船保持在相对静止的状态,这个时候的重心和浮心其实都在一条垂直线上。
可一旦船只遇到了外力,船只就会因为外力的作用而左右摇摆不定,这个时候船只排水的体积也会发生变化,那么浮心的位置自然也会发生变化。
当船只出现倾斜的情况时,船体的上半部分会因为重力的影响,而产生一个和倾覆力矩相反的力矩。
就好像你本来站着好好的,结果却被人推了一下,因为你自身有体重,所以并不会马上摔倒。只要对方推你的时候,用的力气不足够对你造成碾压伤害,那你的身体会出现晃动,然后再慢慢保持好平衡。
其实对绝大多数轮船来说,保证不侧翻,已经是出场的基本标配,造船的工匠们更关心的是如何才能让轮船遇到风浪时更稳定,最起码不要遇到点小风小浪就晃晃悠悠。
大型轮船的重量大,所以在遇到外力作用时,惯性也应该更大,可奇怪的是,只能承载两三人的小船,遇到点风浪就会摇摇晃晃,可大型轮船却很少摇晃,人们还能正常吃饭、喝水、生活。
通常情况下,舭龙骨的长度范围是船长的1/3~1/2,有单板和双板这两种,对称安装在船舭两侧。
一旦船只遇到风浪,舭龙骨会增加舰船横摇时的阻尼,所以横摇的程度有所减轻。但舭龙骨会影响到航速,在静水中,舭龙骨会导致船只航速降低1%~2%。
在船中两舷舭部,靠近舭龙骨的位置,还安装有减摇鳍,也就是人们常说的侧舵。在工作的时候,需要船员操纵机构转动减摇鳍,随后水流会产生作用力,形成了减摇力矩,船体的横摇也就减轻了。
另外一种神器是船用减摇陀螺仪,依靠内部重型飞轮的角动量与进动效应进行减摇,效果可达80%-95%,并且在任何状态下都可以使用,不影响航速,大型船只的话,还可以多台联合工作。