น่าทึ่งมากที่เรือสำราญขนาดใหญ่ไม่ได้จมลงสู่พื้นมหาสมุทรในทันที ด้วยทุกสิ่งตั้งแต่ลานสเก็ตน้ำแข็งและสระว่ายน้ำไปจนถึงสนามบาสเก็ตบอล สปา ห้างสรรพสินค้าขนาดเล็ก และโรงภาพยนตร์บนเรือ เรือขนาดยักษ์เหล่านี้ยังคงลอยอยู่ได้อย่างไร โดยทำผ่านการผสมผสานระหว่างการลอยตัว การเคลื่อนตัวของน้ำ วัสดุ และการออกแบบ
เรือสำราญลอยได้อย่างไร
เรือได้รับการออกแบบให้แทนที่ปริมาณน้ำที่เทียบเท่ากับมวลของตัวมันเอง ในเวลาเดียวกัน แรงกดดันจากมหาสมุทรดันตัวเรือขึ้นและตอบโต้แรงลงของมวลเรือแรงลงของเรือรวมกับแรงขึ้นของมหาสมุทรทำงานร่วมกันเพื่อให้เรือลอยหรือ "ลอยตัว"
แนวคิดพื้นฐานนี้มักเรียกกันว่าหลักการของอาร์คิมิดีส ตามหลักการนี้ สิ่งของจะลอยได้เมื่อน้ำหนักของน้ำที่ถูกแทนที่เท่ากับน้ำหนักของวัตถุ ของไหลที่อยู่รอบๆ จะดันกลับด้วยแรงเท่ากับปริมาณที่แทนที่ เมื่อทั้งสองเท่ากัน วัตถุจะลอย
นี่เป็นอีกวิธีในการดู เมื่อเรือสำราญอยู่ในน้ำ เรือจะมีที่ว่างโดยการไล่น้ำออกและลง น้ำตอบสนองด้วยการดันขึ้นและลงในขณะที่พยายามแย่งพื้นที่ที่เรือสำราญครอบครองกลับคืนมา ความสมดุลของพลังฝ่ายตรงข้ามคือสิ่งที่ทำให้เรือลอยได้
ปัจจัยเพิ่มเติมที่สนับสนุนการลอยตัว
นอกเหนือจากการลอยตัวและการเคลื่อนตัวแล้ว ยังมีปัจจัยอื่นๆ อีกหลายประการที่ช่วยให้เรือสำราญคงอยู่บนผิวน้ำ
วัสดุและการออกแบบ
เพื่อให้ลอยตัวได้ เรือจะต้องทำจากวัสดุน้ำหนักเบาและทนทานซึ่งมีความหนาแน่นมากกว่าน้ำ เช่น เหล็กที่มีความแข็งแรงสูงเป็นพิเศษ นอกจากนี้ วัสดุน้ำหนักเบาเหล่านั้นยังจำเป็นต้องใช้ในการออกแบบที่ช่วยให้สามารถถ่ายน้ำหนักลงในน้ำได้ก่อนที่จะจมลงใต้น้ำ การออกแบบส่วนใหญ่นั้นถูกนำไปใช้กับตัวเรือซึ่งเป็นตัวเรือหรือเปลือกของเรือซึ่งอยู่ใต้ดาดฟ้าหลักและดันน้ำออกไปให้พ้นทางและทำให้เรือลอยได้
จากการลองผิดลองถูกเป็นเวลาหลายปี วิศวกรพบว่าการทำให้ตัวเรือมีความโค้งมน กว้างและลึก ช่วยกระจายน้ำหนักของเรือไปทั่วตัวเรือ ตัวเรือสำราญขนาดใหญ่มีรูปร่างเหมือนตัวอักษร "U" การออกแบบนี้ช่วยให้น้ำไหลออกจากถัง กระจายการลาก ช่วยให้ขี่ได้อย่างราบรื่น และช่วยให้เรืออยู่ในเส้นทาง
ตัวถังคู่และคุณลักษณะด้านความปลอดภัยอื่นๆ
แค่ลอยน้ำและล่องเรือได้อย่างราบรื่นไม่เพียงพอ การออกแบบตัวเรือต้องปกป้องผู้คนที่อยู่ภายในเรือจากสิ่งกีดขวาง เช่น ภูเขาน้ำแข็ง แนวปะการัง และสันทรายที่อาจฉีกชั้นนอกของเรือออกจากกันเพื่อป้องกันภัยพิบัติครั้งใหญ่ นักต่อเรือมักจะใช้เหล็กที่มีความแข็งแกร่งเป็นพิเศษและสร้างเรือด้วยตัวเรือคู่ (หมายถึงตัวเรือตัวหนึ่งอยู่ภายในอีกตัวหนึ่ง) เพื่อเป็นการป้องกันไว้ก่อน
เรือสำราญยังมีแผงกั้นซึ่งจะช่วยให้เรือลอยน้ำได้ในกรณีที่เกิดความเสียหายร้ายแรง ตัวกั้นน้ำเหล่านี้ได้รับการติดตั้งไว้ทั่วทั้งด้านในเรือ และสามารถปิดได้เพื่อป้องกันไม่ให้น้ำไหลเข้ามาทางตัวเรือที่เสียหาย การจำกัดการไหลของน้ำสามารถป้องกันไม่ให้เรือจมได้ในที่สุด
เรือสำราญยังคงตั้งตรงได้อย่างไร
ในปี 2016 เรือสำราญที่ใหญ่ที่สุดในโลกมีความสูงประมาณ 210 ฟุต และแม้แต่เรือสำราญทั่วไปก็ยังมีความสูงที่น่าประทับใจ แล้วอะไรทำให้พวกเขาไม่ล้มลงในน้ำ? คำตอบก็คืออีกครั้งในการออกแบบตัวถัง ก่อนอื่น คุณต้องเข้าใจความแตกต่างระหว่างจุดศูนย์ถ่วงของเรือและจุดศูนย์กลางการลอยตัว
จุดเปลี่ยนของการลอยตัวเป็นสิ่งสำคัญ
ตามกล่องเครื่องมือทางวิศวกรรม จุดศูนย์ถ่วงของเรือ (จุดโฟกัสกลางสำหรับการผลักแรงโน้มถ่วงลง) ไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้ด้วยเหตุนี้ ตัวเรือรูปตัว U ของเรือสำราญจึงได้รับการออกแบบให้จุดศูนย์กลางการลอยตัว (จุดศูนย์กลางสำหรับการดันน้ำขึ้นด้านบนเข้าหาตัวเรือ) จะเปลี่ยนไปตามธรรมชาติเมื่อเรือเอียงจากด้านหนึ่งไปอีกด้านหนึ่ง การเปลี่ยนแปลงจุดศูนย์กลางการลอยตัวช่วยดันเรือกลับสู่ตำแหน่งตั้งตรง
การรักษาเส้นกลาง
เมื่อเรือถูกผลักตั้งตรง แรงผลักนั้นอาจแกว่งไปทางกึ่งกลางเรือเล็กน้อยและทำให้มันเอียงไปอีกด้านหนึ่ง สิ่งนี้เรียกว่าการกลิ้ง และเป็นสิ่งที่ทำให้ผู้โดยสารเมาเรือ เพื่อแก้ไขปัญหานี้ เรือสำราญจึงได้รับการติดตั้งคุณสมบัติหลายประการที่จำกัดการม้วนตัวของเรือ รวมถึงการรักษาเสถียรภาพของครีบใต้น้ำ และระบบบัลลาสต์แบบแอคทีฟหรือระบบป้องกันส้นเท้าซึ่งจะสูบน้ำทะเลอย่างรวดเร็วจากถังเก็บน้ำใต้ระดับน้ำที่ด้านใดด้านหนึ่งของเรือสำราญ จัดส่งไปอีกด้านหนึ่ง วิธีนี้จะแก้ไขการเอียงไปด้านข้างหรือ "รายการ" ที่เรืออาจพัฒนาขึ้น
คุณสมบัติการรักษาเสถียรภาพเหล่านี้มีประสิทธิภาพมากจนเป็นเรื่องยากที่ผู้โดยสารเรือสำราญจะรู้สึกถึงการเคลื่อนไหวจากด้านหนึ่งไปอีกด้านหนึ่ง และแทบจะไม่เคยได้ยินมาก่อนที่เรือสำราญจะพลิกกลับแม้ว่าจะมีส่วนสูงก็ตาม
การแล่นเรือที่ราบรื่น
การชมเรือเดินสมุทรขนาดมหึมาแล่นไปในทะเลเปิดก็น่าตื่นเต้นไม่แพ้กัน แม้ว่าการเคลื่อนที่ของเรืออาจดูง่ายดาย แต่แน่นอนว่ามีหลายสิ่งที่เกิดขึ้นใต้พื้นผิวมหาสมุทรซึ่งทำให้เรือตั้งตรงและลอยอยู่ได้ ลองคิดดูว่าครั้งต่อไปที่คุณล่องเรือ