海上风大浪急,船为什么不翻也不晃?船体有玄机
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海上的天气就像孩子的脸 , 变幻莫测 , 那么船只航行在大海上 , 为什么不会翻呢?
当然 , 翻船的情况也是存在的 , 不过这算是小概率事件 , 大多数的情况下 , 船只都不会因风浪而翻覆 , 否则就没有人敢坐船了 。 如果我们注意观察一些小型船只 , 就会发现 , 它们总是会随着海水的波动而左右晃动 , 有时晃得大 , 有时晃得小 , 但无论大晃还是小晃 , 最终它们都能重新归正 , 而不会翻覆 , 为什么会如此呢?奥秘还要在船体上找 。 任何两个具有质量的物体都具有相互的引力作用 , 对于所有存在于地球上的事物而言 , 它们都受到来自地球的引力作用 , 方向指向地球的中心 。
一个物体所受到的地心引力是作用于这个物体上的每一个点的 , 而每一个点所受的引力的合力就是这个物体的重量 , 每一个点所受的引力合力的作用点就被称之为物体的“重心” 。
【海上风大浪急,船为什么不翻也不晃?船体有玄机】任何一个物体都有一个重心 , 无论它的形状是否规则 , 而且物体的重心也并不一定就要在物体之上 。 回到船的问题上来 , 很显然 , 船是一种比较规则的形状 , 所以一艘船的重心大概就位于这艘船中心靠下的位置 , 这与船的大小和高矮没有太大的关系 , 因为即便是高度达到了64米的“海洋绿洲号”巨型邮轮 , 它的重心依旧在船体的中心靠下位置 。 因为即使船体再高 , 一艘船最重的部分依旧是位于船只底部的 。
重力将船只向下拉 , 但船并没有沉入水中 , 为什么呢?
因为有一个力在与重力对抗 , 它就是浮力 , 海水的浮力 。 浮力是竖直向上的 , 它与重力的方向恰好相反 , 但不同的是 , 重力是作用于整个船体的 , 而浮力是作用于没入海水内部的船体部分的 , 所以我们常说一个物体的排水体积越大 , 它所受到的浮力也就越大 。 浮力还有一点与重力相似的地方 , 就是它也是作用于没入水中船体的每个点上的 , 所以每个点所受的浮力的合力也就会汇聚在一个点之上 , 这个点就被称之为“浮心” 。 对于一艘在水面上平稳航行的船只来说 , 浮心的位置位于重心之下 , 两者位于同一条垂直于水面的直线之上 。
正是因为浮心位于重心之下 , 所以船只才可以漂浮在水面之上 。
然而 , 船只并不可能永远平稳地航行在水面上 , 事实上每时每刻船只都在晃动 。 当一艘船因海面的波浪而向右倾斜时 , 船的重心位置是不会发生任何变化的 , 因为只要物体的体积和形状不发生改变 , 重心也就不会变化 。 可浮心就不一样了 , 当船体向右倾斜 , 右侧的排水体积就会大于左侧 , 而浮力是作用于排水部分的船体的 , 所以此时浮心也会向右移动 , 这个时候 , 重心与浮心可就不在一条垂直于睡眠的直线上了 , 于是这两个方向相反的力就会产生一个扭力 , 把船体从向右倾斜的状态扭回来 。
被扶正的船体会因为矫枉过正而开始向左倾斜 , 于是相同的故事又上演了 , 重心与浮心的合力又再一次将船体从左斜的状态扶正 , 而重力与浮力的合力所产生的力矩就被称之为“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 。 船虽然不会翻 , 但总是左晃右晃也受不了啊 , 小船还好说 , 如果是大型邮轮 , 上面的货物还不全都晃到海里去 , 船舱里的物品还不全都摔个稀碎 。 所以 , 为了让船能够始终平稳航行而不晃动 , 人们就在船底两侧安装了一个叫做“舭龙骨”的部件 , 这东西不管是大船还是小船 , 基本都有 。
在船体发生晃动的时候 , 舭龙骨的两侧会产生与晃动方向相反的湍流 , 如此便能够有效降低船体的晃动幅度 。
但对于大型邮轮来说 , 只靠舭龙骨还是不够 , 它们还装有一种形似鱼鳍的部件 , 这个部件就叫做“减摇鳍” , 减摇鳍有被动式的 , 也有主动式的 , 主动式减摇鳍可以认为控制进行活动 , 能够有针对性地减缓船只摇晃的趋势 , 对于船只来讲 , 这算是一种高大上的配置 , 所以小船肯定是没有的 。 如果有了舭龙骨 , 又安装了减摇鳍 , 船只的晃动幅度还是不能令人满意 , 那也有办法 , 可以在船体内部安装减摇水舱 , 通过位于船体两次并相互连通的水舱来产生与晃动方向相反的力 , 从而起到平稳船身的目的 。
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