אונייה
מבנה > עקרונות בנייה > הידרוסטטיקה

התכונה הבסיסית הנדרשת מגוף האונייה היא לצוף על פני המים. חוק ארכימדס קובע כי גוף הטובל במים דוחה כמות מים הזהה לנפחו; הגוף הטבול במים גם מאבד ממשקלו, משקל השווה למשקל המים הנדחקים על ידי הגוף. אם המשקל הסגולי הממוצע של הגוף הוא פחוּת ממשקלם הסגולי של המים, הגוף יגיע לשיווי משקל כאשר חלקו שקוע בנוזל וחלקו צף מעליו. גוף האונייה צריך להיות בנוי מחומר שהוא קל מהמים במשקלו הסגולי, כמו עץ או שעם; אך גם כאשר האונייה בנויה מחומר שמשקלו הסגולי גדול בהרבה, כמו מתכת, אם סך כל משקלה הסגולי של האונייה פחות ממשקלם של המים - דבר שיקרה מכיוון שרוב נפחה של האונייה חלול - היא תצוף.
משקלה של האונייה יוצר כוח - כוח כבידה - הפועל כלפי מטה, ואילו דחיקת המים מפני משקל האונייה יוצר כוח הפוך, כוח עילוי, הפועל כלפי מעלה. השוויון בין שני הכוחות הוא היוצר את הציפה. מרכזו הגאומטרי של גוף האונייה השקוע במים מוגדר מרכז הציפה, או מרכז העילוי של האונייה; לצורך חישוב כוחות העילוי של האונייה ניתן להניח שזוהי הנקודה שבה פועל כוח העילוי. מרכז זה ינוע מעלה ומטה לפי המידה שבה האונייה שקועה במים, וינוע ימינה ושמאלה על פי נטייתה של האונייה (בעקבות העמסה לא מאוזנת של האונייה, בגלל גלים, ומסיבות אחרות). כוח הכובד פועל במרכז הכובד של האונייה - מרכז המסה של האונייה. מיקום מרכז הכובד משתנה בעקבות שינויים בחלוקת המעמס על האונייה.
שתי הנקודות האמורות ממוקמות על הציר האנכי המרכזי של האונייה. המרחק ביניהן חשוב מאוד ליציבות האונייה. אם מרכז הכובד נמוך דיו, תוכל האונייה להתייצב במקרה של נטייה לאחד הצדדים: מרכז הציפה ומרכז הכובד ייצרו יחד מומנט שישאף לאזן את האונייה. ואולם, אם מרכז הכובד גבוה מדי, המומנט יהיה הפוך ויגביר את הנטייה של האונייה, עד כדי סכנה ליציבותה.
מידת יציבותה של אונייה נקבעת על ידי נקודה הנקראת מטא-סנטר (metacentre). לצורך חישוב המטא-סנטר מניחים שעבור זווית נטייה קטנה שגדלה בהדרגה, מרכז הציפה B נע בקירוב על פני קשת של מעגל. מרכז המעגל הוא המטא-סנטר. הוא מחושב תאורטית בעת תכנון האונייה, ולפעמים גם בניסוי בפועל על האונייה. המרחק בין מרכז הכובד של האונייה למטא-סנטר הוא הגובה המטא-סנטרי. כאשר גובה זה קצר, או אף שלילי (כלומר, המטא-סנטר נמצא מתחת למרכז הכובד) האונייה עלולה להתהפך בקלות. מאידך, אם המטא-סנטר גבוה מעל מרכז הכובד, האונייה תהיה יציבה מדי, כלומר ההתיישרות מנטייה תהיה מהירה וקצרה מאוד, ותגרום אי-נוחות רבה לצוות ולנוסעים. אוניות בעלות גובה מטא-סנטי נכון יהיו בעלות זווית גלגול נוחה יותר, שיאפשרו התיישרות איטית יחסית: אוניית נוסעים תתיישר מגלגול בתוך 8 עד 12 שניות, לעומת אוניות משא שיתיישרו תוך 6 - 8 שניות.
אוניות אינן מאבדות את יציבותן בדרך כלל, אלא אם כן חדרו אליהן מים כתוצאה מנזק שנגרם לגוף האונייה, או כתוצאה משינוי מרכז הכובד של האונייה, למשל כאשר אונייה מובילה נוזלים ונוצר אפקט המכל המלא חלקית. עם זאת, יכולים להתרחש אירועים דינמיים של אובדן יציבות, כמו בעת תנאי רוח עזה או גלים גבוהים. יכולתה של האונייה לשוב ליציבותה תלויה באנרגיה הדרושה לה לשוב לנקודת היציבות; זו נמדדת על פי השטח הכלול בעקומת היציבות הסטטית שלה, המשורטטת על פי תנועת המטא-סנטר שלה. כדי לשמור על בטיחותה של אונייה, גופי הרישוי של אוניות מציבים כללי בטיחות שונים, התלויים במבנה האונייה. הרגולציה של כללים אלה נעשית על ידי ארגון הימאות הבינלאומי (IMO), המסונף לאומות המאוחדות.
לא ניתן לבנות אונייה שתהיה חסינה מטביעה. ואולם, תכנון נכון של האונייה יכול להביא לכך שהאונייה תוכל לשרוד נזק עד רמה מסוימת, ותטבע באיטיות במקרה של נזק כבד; זאת, כדי לאפשר את היחלצות הצוות והנוסעים. כדי למנוע את טביעת האונייה כתוצאה מנזק לגוף האונייה מחולק החלל הפנימי על ידי מחיצות אטימות למים, היוצרות תאים. התקינה הנקבעת על ידי ארגון הימאות הבין-לאומי קובעת את רמת החלוקה הנדרשת באוניות: אוניות נוסעים, שבהן נדרשת רמה גבוהה של שרידות, חייבת לעמוד בתקן של תא אחד, כלומר: על האונייה להמשיך ולצוף גם אם תא שלם הוצף במים. אוניות נוסעים גדולות יותר נדרשות לעמוד בתקן של שני תאים, כלומר עליהן להיות מסוגלות להמשיך ולצוף גם כאשר שני תאים הוצפו. במקרה של נזק כבד יסייעו התאים להאטת קצב הטביעה, ולמניעת התהפכות, כדי להשיג זמן רב ככל האפשר להצלת הצוות והנוסעים.
מאידך, יש גבול לחלוקה הפנימית של האונייה ולמספר התאים שניתן ליצור בה, שכן הדבר לא יאפשר ניצול יעיל של החלל הפנימי של האונייה. תנאי נוסף לחלוקת התאים הוא שאלה יהיו לרוחב האונייה; אם תא אחד יוצף בצד אחד בלבד של האונייה, עלולים המים להטות את האונייה עד להתהפכותה. בשל כך, תכנון האונייה מאפשר את הצפת התא לרוחב האונייה, כדי לחלק באופן שווה את משקל המים.