학문
선박은 무거운 화물을 실어도 어떻게 물 위에 떠 있을 수 있나요?
철처럼 물보다 밀도가 높은 재료로 만들어진 선박도 선체의 형태와 내부 공간에 따라 부력을 얻을 수 있는데, 화물의 무게가 증가할 때 선박의 흘수와 안정성은 어떤 원리에 따라 달라지는지 의견 부탁드립니다.
4개의 답변이 있어요!
안녕하세요. 박재화 박사입니다.
선박은 철로 만들어져도 내부에 큰 빈 공간이 있어 배 전체의 평균 밀도가 물보다 낮아지고, 밀어낸 물의 무게만큼 부력을 받아 뜰 수 있습니다.
화물을 더 실으면 배의 전체 무게가 늘어나므로 그 무게를 지탱하기 위해 더 많은 물을 밀어내야 하고, 그만큼 선체가 더 깊이 잠겨 흘수가 커지게 됩니다. 하지만 화물을 너무 많이 싣거나 한쪽으로 치우치게 적재하면 무게중심이 높아지거나 이동해 배가 쉽게 기울 수 있습니다.
그래서 선박은 흘수선과 적재 한도를 지키고 화물의 위치를 조절해 부력과 무게중심이 안정적으로 유지되도록 관리합니다.
채택 보상으로 708베리 받았어요.
채택된 답변안녕하세요. 이수민 전문가입니다.
물에 잠긴 물체는 밀어낸 물의 무게만큼 위로 떠받치는 부력을 받아요. 선박은 철판으로 만들었지만 속이 대부분 비어 있어서, 철과 내부 공기를 합친 평균 밀도가 물보다 훨씬 작아요. 그래서 배 전체 무게만큼의 물을 밀어낼 때까지만 가라앉고 그 자리에서 떠 있어요.
화물을 더 실으면 늘어난 무게만큼 물을 더 밀어내야 하니 배가 조금씩 더 잠겨 흘수가 깊어져요. 선체 옆면에는 최대로 잠길 수 있는 선인 만재흘수선이 표시돼 있어요. 민물은 바닷물보다 가벼워 같은 화물이라도 강에서는 더 깊이 잠겨요.
안정성은 무게중심과 부력중심의 위치로 정해져요. 배가 기울면 잠긴 부분 모양이 바뀌어 부력중심이 기운 쪽으로 옮겨 가고, 무게중심보다 바깥에서 위로 밀어 올리며 배를 바로 세워요. 무거운 화물을 높이 쌓으면 무게중심이 올라가 이 복원력이 약해져요. 그래서 무거운 짐은 아래에 싣고, 배 바닥 탱크에 바닷물을 채워 무게중심을 낮추기도 해요 :)
안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.
선박이 철처럼 물보다 무거운 재료로 만들어졌음에도 물 위에 떠 있을 수 있는 이유는 선체 내부의 거대한 빈공간 덕분에 전체 평균 밀도가 물보다 낮아져 아르키메데스의 원리에 따른 충분한 부력을 얻기 때문입니다 즉 선박이 밀어내는 물의 무게인 배수량이 선체와 화물의 전체 중량과 일치하는 지점에서 평형을 이루며 물에 뜨게 됩니다 여기에 화물의 무게가 증가하면 전체 중량이 커지므로 이를 지탱하기 위해 더 큰 부력이 필요해져 선박이 물속으로 더 가라앉게 되는데 이때 수면 아래로 잠기는 깊이인 흘수가 깊어집니다 흘수가 깊어지면 선체의 수중 체적이 늘어나 부력이 증가하지만 동시에 선박의 무게중심이 위로 이동하게 되어 복원성과 안정성에 큰 변화가 생깁니다. 안정성은 무게중심과 메타센터 간의 상대적 위치에 의해 좌우되는데 화물이 과도하게 실리면 무게중심이 높아져 복원력이 저하될 위험이 큽니다. 이 경우 외력에 의해 선박이 쉽게 전복될 수 있으므로 화물의 총량 관리뿐만 아니라 적재 위치와 균형을 정밀하게 제어하는 것이 필수적입니다 따라서 선박은 화물 증가에 따른 흘수 변화를 고려하고 적절한 분산 적재를 통해 안전한 메타센터 높이를 유지함으로써 부력과 안정성의 균형을 확보하게 됩니다
선박은 속이 빈 구조로 만들어져 많은 물을 밀어내기 때문에 철로 만들어도 물 위에 뜰 수 있습니다.
화물을많이 실으면 선체가 더 깊이 잠기는 흘수 현상이 나타나며, 무게가 한쪽으로 쏠리면 선박이 기울어져 안정성이 떨어질 수 있습니다. 그래서 화물을 고르게 배치하고 무게중심을 낮게 유지하는 것이 중요합니다.
다만 정해진적재 한도를 넘으면 부력이 부족해져 침몰 위험이 커집니다.