航??破眨汉I巷L(fēng)大浪急,船為什么不翻也不晃?船體有玄機(jī)
來(lái)源:科學(xué)信仰
發(fā)布時(shí)間:2022-06-24
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海上的天氣就像孩子的臉,變幻莫測(cè),那么船只航行在大海上,為什么不會(huì)翻呢?

當(dāng)然,翻船的情況也是存在的,不過這算是小概率事件,大多數(shù)的情況下,船只都不會(huì)因風(fēng)浪而翻覆,否則就沒有人敢坐船了。如果我們注意觀察一些小型船只,就會(huì)發(fā)現(xiàn),它們總是會(huì)隨著海水的波動(dòng)而左右晃動(dòng),有時(shí)晃得大,有時(shí)晃得小,但無(wú)論大晃還是小晃,最終它們都能重新歸正,而不會(huì)翻覆,為什么會(huì)如此呢?奧秘還要在船體上找。任何兩個(gè)具有質(zhì)量的物體都具有相互的引力作用,對(duì)于所有存在于地球上的事物而言,它們都受到來(lái)自地球的引力作用,方向指向地球的中心。

一個(gè)物體所受到的地心引力是作用于這個(gè)物體上的每一個(gè)點(diǎn)的,而每一個(gè)點(diǎn)所受的引力的合力就是這個(gè)物體的重量,每一個(gè)點(diǎn)所受的引力合力的作用點(diǎn)就被稱之為物體的“重心”。

任何一個(gè)物體都有一個(gè)重心,無(wú)論它的形狀是否規(guī)則,而且物體的重心也并不一定就要在物體之上?;氐酱膯栴}上來(lái),很顯然,船是一種比較規(guī)則的形狀,所以一艘船的重心大概就位于這艘船中心靠下的位置,這與船的大小和高矮沒有太大的關(guān)系,因?yàn)榧幢闶歉叨冗_(dá)到了64米的“海洋綠洲號(hào)”巨型郵輪,它的重心依舊在船體的中心靠下位置。因?yàn)榧词勾w再高,一艘船最重的部分依舊是位于船只底部的。

重力將船只向下拉,但船并沒有沉入水中,為什么呢?

因?yàn)橛幸粋€(gè)力在與重力對(duì)抗,它就是浮力,海水的浮力。浮力是豎直向上的,它與重力的方向恰好相反,但不同的是,重力是作用于整個(gè)船體的,而浮力是作用于沒入海水內(nèi)部的船體部分的,所以我們常說一個(gè)物體的排水體積越大,它所受到的浮力也就越大。浮力還有一點(diǎn)與重力相似的地方,就是它也是作用于沒入水中船體的每個(gè)點(diǎn)上的,所以每個(gè)點(diǎn)所受的浮力的合力也就會(huì)匯聚在一個(gè)點(diǎn)之上,這個(gè)點(diǎn)就被稱之為“浮心”。對(duì)于一艘在水面上平穩(wěn)航行的船只來(lái)說,浮心的位置位于重心之下,兩者位于同一條垂直于水面的直線之上。

正是因?yàn)楦⌒奈挥谥匦闹?,所以船只才可以漂浮在水面之上?/p>

然而,船只并不可能永遠(yuǎn)平穩(wěn)地航行在水面上,事實(shí)上每時(shí)每刻船只都在晃動(dòng)。當(dāng)一艘船因海面的波浪而向右傾斜時(shí),船的重心位置是不會(huì)發(fā)生任何變化的,因?yàn)橹灰矬w的體積和形狀不發(fā)生改變,重心也就不會(huì)變化??筛⌒木筒灰粯恿?,當(dāng)船體向右傾斜,右側(cè)的排水體積就會(huì)大于左側(cè),而浮力是作用于排水部分的船體的,所以此時(shí)浮心也會(huì)向右移動(dòng),這個(gè)時(shí)候,重心與浮心可就不在一條垂直于睡眠的直線上了,于是這兩個(gè)方向相反的力就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)扭力,把船體從向右傾斜的狀態(tài)扭回來(lái)。

被扶正的船體會(huì)因?yàn)槌C枉過正而開始向左傾斜,于是相同的故事又上演了,重心與浮心的合力又再一次將船體從左斜的狀態(tài)扶正,而重力與浮力的合力所產(chǎn)生的力矩就被稱之為“扶正力矩”。

于是在扶正力矩的作用下,船只左晃右晃,就是不翻。船雖然不會(huì)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,上面的貨物還不全都晃到海里去,船艙里的物品還不全都摔個(gè)稀碎。所以,為了讓船能夠始終平穩(wěn)航行而不晃動(dòng),人們就在船底兩側(cè)安裝了一個(gè)叫做“舭龍骨”的部件,這東西不管是大船還是小船,基本都有。

在船體發(fā)生晃動(dòng)的時(shí)候,舭龍骨的兩側(cè)會(huì)產(chǎn)生與晃動(dòng)方向相反的湍流,如此便能夠有效降低船體的晃動(dòng)幅度。

但對(duì)于大型郵輪來(lái)說,只靠舭龍骨還是不夠,它們還裝有一種形似魚鰭的部件,這個(gè)部件就叫做“減搖鰭”,減搖鰭有被動(dòng)式的,也有主動(dòng)式的,主動(dòng)式減搖鰭可以人為控制進(jìn)行活動(dòng),能夠有針對(duì)性地減緩船只搖晃的趨勢(shì),對(duì)于船只來(lái)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,船只的晃動(dòng)幅度還是不能令人滿意,那也有辦法,可以在船體內(nèi)部安裝減搖水艙,通過位于船體兩側(cè)并相互連通的水艙來(lái)產(chǎn)生與晃動(dòng)方向相反的力,從而起到平穩(wěn)船身的目的。



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