배의 역사 (선박의 발전과정)

최초로 알려진 탈것은 약 10,000년 전으로 거슬러 올라가지만 선박으로 간주되지는 않는다. 최초의 항해자들은 동물의 가죽이나 직물을 돛으로 사용하기 시작했다. 돛을 배 안에 수직으로 기둥 위에 고정시켜서 초기에 배를 움직일 수 있었다. 이를 통해 사람들은 더 넓은 지역을 탐험할 수 있었으며 예를 들어 (약 3,000년 전) 오세아니아에 정착할 수 있게 되었다.

 

배는 항공기나 자동차와 달리 물의 부력(浮力)을 이용해서 그 무게를 떠받치고 있기 때문에, 여러 가지 이점을 가지고 있다. 예를 들면, 같은 속력일 경우에는 항공기나 자동차가 받는 저항은 무게에 비례하는데 반해서 배의 경우는 거의 무게의 3분의 2 제곱에 비례하므로, 저항이 매우 적어진다. 따라서, 같은 무게의 물건을 같은 속력으로 운반할 경우에는 배는 보다 싼 경비로 할 수 있게 된다. 무거운 짐을 서두르지 않고 장거리 수송을 할 경우, 해상 운송이 육지나 하늘의 수송에 비해서 대단히 싼 것도 이 때문이다.

물과 공기와의 경계면을 ‘자유표면(물의 물결)’이라 한다. 배가 상대로 하는 물의 물결에는 2가지 종류가 있는데, 하나는 잔잔한 수면을 배가 달릴 때에, 그 뒤편에 나타나는 ‘배가 만드는 물결’이고, 또 하나는 대양 위에서 움직이고 있는 저기압이나 태풍 등, 주로 바람이 원인이 되어 일어나는 ‘바다의 물결’이다. ‘배가 만드는 물결’은 어떻게 저항이 적은 선형(船型)으로 만들어 배를 경제적으로 운항하느냐 하는 문제와 연결되며, '바다의 물결'은 배의 복원성(復原性)·흔들림·강도 등 이른바 배의 동적 안정성 문제와 연결된다.

 

배가 가라앉지 않도록 하기 위해서는 ① 배의 무게에 비등할 정도의 부력을 항상 잃지 않고, ② 중력과 부력이 만드는 모멘트(moment)가 배가 기울어진 방향과 반대의 방향으로 작용하는 것이 필요하다. 배가 바로 선 자세에서 작은 각도로 기울어졌을 경우의 부력의 작용선(作用線)과 배의 중심선과의 교차점을 ‘메타 센터(meta center)’라고 하며, 이것이 중심(重心)보다 높은 위치에 있으면 있을수록 원래 상태로 되돌아가려는 모멘트(복원력, 復原力)가 커지며, 반대로 중심보다 낮으면 점점 더 기울어진다. 기울어진 배가 원래대로 되돌아가려는 성질을 복원성이라고 하며, 배의 폭이 넓을수록 이 성질이 커진다. 또한 빈배의 경우는 흘수(吃水)가 얕게 되어 중심(重心)이 높아진다. 그래서 좋은 복원성을 위해서는 겹바닥이나 밸러스트 탱크(ballast tank)에 바닷물을 넣어서 흘수를 깊게 하여 안전하게 운행하도록 되어 있다.

롤링
배는 외력(外力), 예를 들면 물결의 작용을 받아서 여러 가지의 흔들림을 하게 된다. 롤링(rolling, 배가 좌우로 흔들리는 동요)·피칭(pitching, 배가 앞뒤로 흔들리는 동요)·히빙(heaving, 배가 상하로 흔들리는 동요) 등이 있으며, 이 중에서도 가장 일어나기 쉬운 것이 롤링이다. 선체가 외력에 의하여 옆으로 기울어진 경우에는 복원력으로 중심(重心)의 둘레로 회전해서 수직의 위치로 되돌아오는데, 또 다시 관성에 의하여 반대방향으로 기울어진다. 그러나, 물의 저항 때문에 경사각이 감쇠되어 수직의 위치로 되돌아온다. 여기서 좌우 1회전의 흔들림에 소요되는 시간을 ‘롤링 주기(周期)’라고 한다. 일반적으로 복원력이 큰 배일수록 그 주기가 작아서 롤링이 심하므로, 배에 탄 사람들에게 불쾌감을 준다. 그래서, 안정성이 허용하는 범위 내에서 복원력을 될 수 있는 대로 적게 하고 있다. 배의 롤링을 감소시키는 방법으로서 구조가 간단하고 유효한 ‘빌지 킬(bilge keel)’을 사용하는 것이 보통이다. 그 밖에 객선(客船) 등에 안티롤링 탱크(anti­rolling tank)나 핀 스태빌라이저(fin stabilizer)를 장비하여 롤링을 방지하는 방법도 있다.