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船舶为什么可以浮在水面上呢?
发布时间:2020-11-26 10:35:47浏览次数:
船舶为什么可以浮在水面上呢?主要有两个原因:水静力学和水动力学。那么具体的我们下面帮大家介绍一下。
水静力学
大部分的船舶称为排水型船舶,船舶的重量因为被船壳排开的水产生的浮力所平衡。
对于平底的船只,例如水翼船,升力是因为船的速度变快,和水相对运动时其升力会增加,直到水翼航行状态为止。
像气垫船等非排水型船舶,船只是因为船只产生的高压空气(气垫)支持其重量,因此可以和水面保持一定距离。
当船只往上的力和往下的力相等时,船只达到静力平衡。若船只再往下,吃水多一些,其重量不变,但其船壳排开水的重量变大了。当两个力平衡时,船可以浮在水面上。甚至即使船上的货物没有平均摆放,船也不会前仰后倾或是倾斜。
船只的稳定性一方面是考虑上述的静力学层面,当船受到外力移动、横摇(rolling)及纵摇(pitching),以及有风和浪的影响时,也要考虑动力学层面。稳定性不佳的船出现过大的横摇及纵摇,最后会翻船或沉船。
水动力学
船在水中航行时,其前缘会受到水的阻力,阻力可以分为许多成分,主要的是水作用在船壳的阻力及波阻力。若降低了阻力,速度自然会提升,需要降低湿润表面,没水部分船体也要改用产生水波振幅较小的外形。为了达到此一目的,高速的船舶一般会较细长,其附属物较小或是较少。若定期的清理船壳上寄生的生物及藻类,也可以减少船的阻力,防污油漆也可以减少船壳上的生物。像球状船首等较先进的设计也可以减少波浪的阻力。
考虑波阻力的一个简单方法是看船壳和其产生船波的关系。若船的速度比船波传播的速度慢,船波会快速的在船的两侧消散。不过若船的速度和船波传播的速度相等,船波能量增加的速度会比能量消散的速度快,因此船波振幅会增加。船必须从船波中穿过或是越过船波,其阻力会随速度,以指数形式上升。
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