当船舶浮于一定水平位置时,首先受到地球引力的作用,这就是重力P,它的方向是垂直向下的,作用点通过船的重心G。其次。船体浸水表面的每一部分都受到水的压力,如图1所示。这些压力都是垂直于船体表面的,其大小和深度成正比。从图1中可以看出,水压力的水平分力互相抵消,垂直分力则形成一个垂直向上的合力,此合力就是支持船舶漂浮于水面一定位置的浮力。
根据阿基米德定律,物体在水中所受到的浮力大小等于物体所排开水的重量。因此,船舶所受到的浮力就等于船舶所排开水的重量(通常称为排水量),可写成
V——船的排水体积,m3;
根据前述,排水体积与船的长度L、宽度B、吃水T和方形系数CB有如下关系:
故排水量与主尺度的关系式为
浮力垂直向上,作用于排水体积的形心C点,称C点为浮心。
综上所述,船舶漂浮于水面一定位置时,它受两个作用力:一个是作用于重心G点并垂直向下的重力P;另一个是作用于浮心C而垂直向上的浮力Δ。船舶漂浮于水面一定位置既不下沉也不上浮就表示它处在了平衡状态。很显然,它必然是:
①重力P和浮力△的大小相等,方向相反,即
②重心G和浮心C在同一垂直线上,如图2所示。
当船内载重减少时,重力小于浮力,船舶必然上浮,待浮力减小到与重力重新相等时。达到新的平衡。当船内载重增加时,重力大于浮力,船舶必然下沉,使船舶的排水体积增加,船的浮力也就随之加大。直到浮力和重力相等达到新的平衡为止。
船舶的平衡漂浮状态,简称船舶浮态,有正浮、横倾、纵倾和任意倾斜等四种状态。如果船的重心的纵向坐标和横向坐标与浮心的纵向坐标和横向坐标对应相等,船就处于正浮状态,此时船的首、尾和左、右舷吃水都相等,否则就会产生横倾、纵倾或两者兼有的任意倾斜。一般在设计时要求船舶保持正浮,或略带尾倾。船在营运中要进行货物积载计算,控制装载重量和重心位置,以获得良好的浮态。