Устойчивость крупных судов обеспечивается благодаря выталкивающей силе Архимеда, которая действует на погруженную часть судна. Эта сила направлена вертикально вверх и равна:
FА = ρgV
где:
- ρ — плотность жидкости
- g — ускорение свободного падения
- V — объем погруженной части
Метацентр — точка приложения выталкивающей силы Архимеда. Центр тяжести — точка приложения силы тяжести, действующей на судно.
Для обеспечения устойчивости метацентр должен находиться выше центра тяжести. В этом случае выталкивающая сила Архимеда создает крутящий момент, который препятствует переворачиванию судна.
При шторме, когда волны сбивают судно с равновесия, метацентр может смещаться относительно центра тяжести. Например, при сильном наклоне объем погруженной части уменьшается, что приводит к уменьшению выталкивающей силы и смещению метацентра вниз. Если метацентр опустится ниже центра тяжести, крутящий момент сменит направление, и судно перевернется.
Для обеспечения устойчивости крупных судов используются различные конструктивные решения, такие как балластные цистерны и кили. Балластные цистерны заполняются водой, чтобы изменить положение центра тяжести. Кили увеличивают площадь опоры судна, стабилизируя его положение.