재미있는 배 이야기를 시작합니다. 자~그럼 본격적으로 배를 알아보는 항해을 떠나볼까요? 출발~ ^o^
보통 선박을 가까이서 보면 육중하고 어마어마한 크기에 놀라게 되는데요. 이러한 선박의 크기는 곧 운반능력을 나타낸답니다. 선박의 크기는 발주자의 요구사항에 따라 크기, 선형 및 속력 등을 결정하고 설계에 들어갑니다. 이때 배 자체의 무게와 실을 수 있는 화물의 무게를 고려해서 크기와 모양이 정해지는 것이죠.
그럼 먼저 배 또는 선박의 정의 및 용어에 대해 알아보겠습니다.
사람이나 짐 따위를 싣고 물에 떠서 이동할 수 있도록 만들어진 구조물인 '배'는 주로 운송수단으로서의 역활을 하며, 조금 격식있게 말하자면 선박(船舶)이라고도 합니다.
Ship, Vessel, Boat 가 우리 말로는 모두 '배'라고 해석하지만 약간씩 다른 의미를 담고 있습니다.
그럼 Ship과 Vessel 그리고 Boat의 차이는 뭘까요?
먼저 사전적 정의를 알아보겠습니다.
Boat : (작은) 배, 보트
Ship : (큰) 배, 선박, 함선
Vessel : (대형) 선박; (액체를 담는) 용기
Boat는 노를 젓거나 모터에 의해 움직이는 작은 배를 뜻합니다. 소형 모터보트라던가 어선 등이죠
Ship은 가장 일반적으로 사용되는 용어로 큰 배나 군함, 대형 범선 등을 지칭합니다..
Vessel은 사전적 의미로는 그릇, 용기를 뜻하지만 물에 뜨면서 물건 등을 적재할 수 있는 모든 종류의 배를 의미하며, 배의 크기에 상관없는 배의 총칭으로 좀 격식 있는 표현이라고 할 수 있습니다.
선박에서 근무하는 사람들도 Ship과 Vessel을 정확히 구분하긴 힘듭니다.
가령 '선명'은 Ship's Name 이란 용어를 가장 자주 쓰지만 Vessel of Name 이란 용어도 사용합니다.
상식 수준에서 생각할 때 Boat는 작은 배, Ship은 큰 배, Vessel은 Ship을 포함한 크고 작은 모든 배를 의미한다고 생각하시면 될것 같습니다.
○ 배가 뜨는 원리
무거운 철판들로 만든 배가 어떻게 가라앉지 않고 뜰 수 있을까요? 바로 부력의 원리 때문입니다. 고대 그리스의 학자였던 아르키메데스가 왕관이 순금으로 만들어진 것인가를 알아내라는 왕의 명령에 따라 며칠을 고심하다가 욕조에 들어가던 중 물이 넘치는 것을 보고 부력의 원리를 발견했다고 전해집니다. 물체를 물 속에 넣으면 그 물체와 같은 부피의 물의 무게만큼 가벼워진다는 게 부력의 원리입니다.
배가 물에 뜨는 원리도 이와 동일합니다. 부력의 크기는 그 물체가 밀어낸 물의 무게와 같으며 물체가 물에 잠긴 부분의 중심, 즉 부심을 통해 중력과 반대 방향으로 작용합니다. 부력은 물 속에 잠긴 물체의 무게만큼 발생하지만 물체가 물에 닿는 면적이 넓을수록 잘 뜰 수 있습니다.
만약 물체의 무게가 같은 부피의 물 무게보다 작으면 그 물체는 가라앉지 않는데, 이는 부력이 물체의 무게보다 크기 때문입니다. 이 원리를 이용하여 배가 밀어내는 물의 무게보다 배의 무게를 더 가볍게 만들면 배는 물에 뜰 수 있습니다.
○ 배가 움직이는 원리
배를 움직이려면 압축공기를 엔진 내의 실린더에 직접 공급해 시동을 겁니다. 시동이 걸리면 프로펠러의 날개가 회전하면서 물을 뒤로 밀어내고, 그 반작용으로 배는 앞으로 나아갑니다.
이는 선풍기의 바람과 같은 원리로, 동일한 구조를 가진 배의 프로펠러도 빨리 회전할수록 많은 양의 물을 배 뒤로 밀어내어 앞으로 추진력을 강하게 만들 수 있습니다.
엔진을 작동시킨 상태에서는 역회전시키는 일이 쉽지 않으며, 만약 반대방향으로 돌려야 한다면 일단 엔진을 정지시킨 다음 역회전시켜 회전방향을 반대로 해야 합니다.
선박은 엔진의 회전수를 조절하는 것으로 속도를 조절합니다. 자동차의 가속페달과 같은 역할을 하는 연료유 가감핸들을 조정해 엔진의 회전속도를 조절하게 되는데, 속도를 높이려면 연료분사를 많이 하고 줄이기 위해서는 분사량을 줄이면 됩니다. 정상적으로 선박을 세우는 방법은 엔진을 정지시킨 뒤 유체의 저항으로 스스로 멈출 때까지 그대로 전진시키는 것입니다. 답답해 보이지만 이것이 현재는 가장 널리 사용되는 방법입니다. 큰 선박들이 전속력으로 움직이다가 엔진을 정지시킨 후 멈출 때까지의 정지거리는 보통 5~6Km에 달합니다. 이러한 제약이 넓고 넓은 바다에서 간혹 항해 사고를 일으키기도 합니다. 만약 마주 오는 배가 서로 1.8Km 이내에 접근하게 되면 이미 충돌은 피할 수 없는 상황이 옵니다.
비상시에 선박을 세우는 방법은 프로펠러를 역회전 시키는 것이 있습니다. 이 방법은 엔진에 큰 무리가 따르기 때문에 선장의 정확한 상황판단에 따라서 결정할 문제입니다. 최근에는 가변피치 프로펠러(controllable pitch propeller)라 하여 엔진이 정상적으로 회전하는 중에도 프로펠러의 날개각도를 앞뒤로 조절하여 전진, 후진과 정지를 마음대로 선택할 수 있는 장치도 보급되고 있습니다. 비싸긴 하지만 프로펠러 날개의 각도를 마음대로 조절할 수 있어서 엔진을 역전시키지 않고도 최대속력으로 전진하다가 후진할 수 있는 장점이 있습니다.
○ 배의 조종 원리
배를 조종하는 장치는 선미 부분에 설치하는 방향타(Rudder)입니다. 방향타가 무조건 크다고 좋은 것은 아니기 때문에 적당한 크기의 방향타를 설치하는 것이 가장 중요합니다. 또, 물속에 잠긴 배의 모양도 조종성능에 많은 영향을 미치기 때문에 배를 설계할 때는 조종성능도 함께 고려해야 한다고 합니다.
선박은 엔진의 추진력으로 프로펠러를 돌려줌으로써 항해를 하게 된다. 이 때 선박이 파도가 출렁이는 바다 위에서도 전진이나 후진을 똑바로 할 수 있도록 수시로 제어하거나 좌측 또는 우측으로 방향을 선회하려면 프로펠러의 추진력을 정확히 맞춰주거나 변형시키는 물고기의 꼬리 지느러미와 같은 부속품이 있어야 한다.
이렇듯 선박 항해 방향을 바꿔줄 수 있는 구성품을 ‘러더(Rudder)’, 또는 방향타로 부른다. 항공기에도 부착된 수직 꼬리 날개에 달려있는 보조날기와 같은 명칭인데, 기능도 동일하다.
러더는 통상 선미 프로펠러 바로 뒷편에 수직으로 설치되며, 프로펠러로부터 받은 추진력의 방향을 원하는 쪽으로 작용하게 해 배의 방향을 잡아주는 역할을 한다.
전체 선박 크기에서 러더가 차지하는 비중은 작지만 크기와 형상에 의해 선박의 조정성능이 결정되며 바람·파도와 같은 외부교란이나 선박·암초 등과의 충돌 또는 좌초될 위험으로부터 회피할 수 있는 수단이 되기도 한다. 여기에 러더의 성능에 따라 선박의 운항속도와 연비에 큰 영향을 준다.
지난 2월 26일 경남 통영시 성동조선해양 조선소에서 육상 건조 선박으로는
○ 배의 복원력
선박은 유체로 이루어진 바다나 강을 따라 이동하며 외부로부터의 힘에 쉽게 노출됩니다. 이때 외부로부터 받은 외력으로 기울어진 선체가 본래대로 복원되는 특성을 복원성이라고 합니다.
선박의 복원성을 나타내는 물리적인 양을 복원우력(復元偶力) 또는 복원력(復原力, Stability)이라고 부릅니다. 선박의 안정성을 이야기할 때 복원력이 아주 중요합니다. 일반적으로 선박의 앞부분과 뒷부분, 즉 선수나 선미 방향으로 전복이 되는 경우는 극히 드물기 때문에 양옆으로 기울어졌을 때의 복원력만을 고려합니다.
일반적으로 계의 상태는 평형을 이루려고 하며, 외력에 의해 그 평형이 깨졌을 경우 다시 원래의 안정된 상태(평형)로 돌아가려는 힘이 작용하는데 이 힘을 복원력이라 한다. 탄성을 가진 물체의 복원력은 그 물체가 가진 탄성계수 k와 늘어나거나 줄어든 거리 x에 비례하는 크기를 가지며, 변화에 저항하는 즉 반대되는 방향성을 가진다. 따라서 탄성체의 복원력 F는 이와 같이 나타낼 수 있다. F= –kx 또한 물위에 떠 있는 선박의 경우 연직 아랫방향으로 작용하는 중력과 그의 반작용인 부력이 평형을 이루고 있는데, 외력에 의해 배가 기울어졌을 경우 두 힘의 작용선이 흐트러져 짝힘이 발생하게 되는데. 배의 무게중심이 경심(metacenter)보다 아래쪽에 있을 경우 이 짝힘은 선박을 평형 상태로 돌리려는 복원력으로 작용한다.
○ 배의 6가지 운동
모든 선박은 해상에서 roll, pitch, yaw, surge, sway, heave 등 6개 운동을 합니다. 드릴십, FPSO 등 고부가가치선에 주로 활용되는 DPS(Dynamic Positioning System)는 선박의 정확한 기동과 조종을 가능케 하는 시스템으로, roll, pitch, yaw 등 회전운동을 자동으로 조정합니다.
○ 톤수와 관련된 용어
선박의 크기와 화물의 중량을 나타내는 단위로는 톤수(Tonnage)가 사용됩니다. 톤수는 중세 영국의 해상운송 무역에서 세금을 부과하기 위해 생겨난 것으로, 포도주통의 개수로 선박의 크기를 재던 것에서 유래했다고 합니다. 부피로 나타내는 용적톤수와 무게로 나타내는 중량톤수가 있습니다. 용적톤 1톤은 1.133㎥크기, 중량톤 1톤은 1,000kg에 해당합니다.