为什么船在风浪中不倾覆，你知道吗？

​  看到在风浪中航行的船时，大家可能会疑惑：为什么船虽然在风浪中摇摆却没有倾覆呢？

先让我们来看一个小实验。不倒翁，大家都很熟悉。可以看到不管我们使用多大的力气去推它，不倒翁只是左右摇摆，并不会倒下。它身上有什么秘密吗？通过观察可以看到，它的形状很特殊，并且头重脚轻。分析其受力情况，当不倒翁在受到外力倾斜时，其重心的大小和位置都不发生变化。支持力的大小也不变，但支持力的位置发生了变化。其结果就是重力和支持力不在同一条直线上形成了一个力矩，这个力矩的方向和倾斜方向正好相反，就会促使不倒翁回到平衡位置。只要不倒翁偏离平衡位置发生倾斜，它就必然会出现，并且方向永远和倾斜的方向相反，这就是不倒翁不倒的秘密。

现在就让我们跟随江苏省海域执法监督中心执法二大队副大队长吴呈的脚步，通过他对江苏省最大的公务执法船——“中国海监5001”船的讲解，来一探船舶稳性的秘密吧！

船舶的稳性原理和不倒翁不倒的原理十分相似。这里面牵涉到船舶原理中很重要的知识点，船舶稳性的复原力矩。当船舶受到外力倾斜时，其重力的大小位置不发生变化，浮力的大小也不变，但浮力的中心位置会发生偏移。我们知道浮力作用的中心是水下体积的中心，当船舶倾斜时，水下体积形状发生改变，倾斜下沉一侧的水下体积会增加，此时浮力的作用中心会向倾斜的一侧移动，浮力和重力不在同一条直线上，他们形成的力矩和倾斜力矩相反，这就是船舶的复原力矩。和不倒翁一样，只要船舶倾斜，船舶的复原力矩就必然出现，方向永远和船舶的倾斜方向相反，这就是船舶拥有稳性的秘密。我们将船舶这种受到外力矩（如风浪等）的作用而发生倾斜，在外力矩消失后自行恢复到原来平衡位置的能力，称为船舶的稳性。

那么，是不是有了复原力矩的存在，我们的船就不会倾覆呢？我们对船的剖面演示分析可以发现。当船发生倾斜时，浮心位置改变，我们将浮心所在的垂线于船体中心线交点称为稳心。当稳心在船舶的重心之上时，船舶可以回正。当稳心在重心之下，船舶就发生了倾覆。那么船舶横摇的角度达到多大的时候，我们的船会发生倾覆呢？我们分析研究稳性力臂随着船身倾斜角度变化的曲线。当稳心与重心等高时，也就是这条曲线由正变为负的时候，所对应的船身倾斜角度叫做稳性消失角。当船体的倾斜超过了这个角度，船就会翻。也就是说船舶倾斜在稳性消失角之前，稳心的位置比重心高，稳性力臂为正，复原力矩值也就为正，这时即使船体倾斜，也会回复到船舶原有的平衡位置。当船舶倾斜角度超过了这个稳性消失角，稳心位置就比重心低，稳性力臂比为负，复原力矩值也就为负数，那么这个时候就会发生翻船。这样就解释了船受到外力作用会在海中左右摇摆，随着外力的增加摇摆的更加激烈，船的横摇由于复原力矩的存在，能使其回正，但若超过了稳定消失角这个值，就会发生倾覆。

那如何能够增大船舶的稳性消失角或有什么方法可以使船舶不容易倾覆呢？一是降低船体的重心来提高船舶的稳性。例如比赛帆船，通过加中竖龙骨的方法来降低它的重心，使其稳性消失角能够达到150度~170度的角度，接近于永不颠覆的船。又如货轮装货时，需要将重的货物放在下层降低重心或向压载水舱中加水，使其有足够的复原力矩将船舶回正。另外，增加船宽也可以使船舶获得更高的稳性。例如对安全性要求较高的原油运输船，船体会比较宽，船型比较的矮胖，就是这个原因。其他还有多种方式可以抵御船舶倾覆的风险。例如加装大型的回转仪利用其抗拒方向改变的特性增加船舶的复原力矩从而提高船舶稳性；设置减摇鳍，有效减小船舶横摇角度来提高船舶的稳性；设置减摇水舱，通过控制两舷水舱内水的多少，从而加强船舶稳性；采用双体船船体形状设计，船舶受到外力时，运动方式由单体船的摇晃变成双体船的横移，来提高船舶的稳性。我们不断努力通过多种方式来提高船舶的稳性来抵御狂风巨浪的侵袭，保障了船舶在海上的安全航行。