船的規模爲何可以如此巨大?

巨大的船舶是人類規模最大的交通工具,為何它可以大型到這種地步呢?這與船浮在水面上的原理有關。船是靠「浮力」來漂浮在水上。根據阿基米德浮體原理,浸在流體中的物體(全部或部分)受到向上的浮力,其大小等於物體所排開流體的重量。因此浮力會與體積,也就是尺寸的立方成比例。船的重量也跟尺寸的立方成比例,因此不管一艘船再怎麽大,都會擁有跟重量相符合的浮力,這就是船在規模上不受到限制的原因。

飛機浮在空中所須的升力與主翼面積成比例。因爲是面積,所以等於是跟尺寸的平方成比例。而飛機的重量是與尺寸的立方成比例,因此兩者的均衡會有限制存在。飛機長久下來沒有出現比巨無霸客機(波音747)更大型的機種,就是因爲已經達到這個上限,若是沒有革新的技術創造出更輕的材料、更高功率的引擎,則很難更進一步大型化。就像這樣,若想知道運輸機械大型化的界限,可以看支撐力量與尺寸的幾平方成比例,這被稱爲「平方立方的法則」。

那麽,船的尺寸可以沒有上限的成長不是嗎?實際上並非如此。港口、航道深度、運河寬度都會限制一艘船的大小。比方説巴拿馬運河讓船上下的閘門,就有規定進入船隻的大小,能夠通過巴拿馬運河的最大尺寸稱爲「巴拿馬型」(Banamax),寬度限制在32.2公尺以下。另外也有「蘇伊士型」跟「阿芙拉型」等限制。