“邪門”的物理現(xiàn)象，讓蘇伊士運河被堵？

七君

今年3月24日，由日本制造、船員來自印度、運營公司來自中國臺灣、掛的是巴拿馬的旗、最后被荷蘭人和埃及人幫忙拖走的長賜號巨型集裝箱船在蘇伊士運河擱淺。蘇伊士運河連接著紅海和地中海，全球12%的貿(mào)易要通過這條運河，因此它常常被稱為“歐亞大動脈”。但是，長賜號集裝箱船把這條重要的國際運輸要道給堵上了，超過200艘輪船卡在了河道里，在整整六天六夜后才再次通行。

蘇伊士運河管理局的局長 Osama Rabie 稱，在長賜號擱淺期間，光是埃及每天的損失就在1200萬～1500萬美元。一些分析人士指出，長賜號集裝箱船擱淺帶來的整體損失可達每天100億美元。

岸壁效應容易造成困局

那么長賜號集裝箱船是怎么擱淺的呢？這可能是由于一個經(jīng)典的物理現(xiàn)象。根據(jù)比利時根特大學海洋技術系系主任 Evert Lataire介紹，長賜號集裝箱船的擱淺可能和岸壁效應有關。

長賜號集裝箱船長400米、高60米，橫過來就可以把蘇伊士運河整個堵住。在這樣狹窄的水道里，大船運行時屁股很容易被河岸吸牢，這就是岸壁效應。實際上當船在狹窄的水道中前進時，船頭的水位總是比船身和船尾的高。因此當水流從船頭沿著船身流向船尾時，就會從一個較寬的通道進入一個狹窄的區(qū)域。

船頭的水位總是比船身和船尾高

這個問題可以用文丘里效應來解釋：當液體經(jīng)過一個狹窄區(qū)域時，流速會增加，而壓強降低。這就意味著，和船頭相比，船體附近是個低壓區(qū)。如果船靠河岸或者其他船太近，它就容易被吸住，造成岸壁效應。

根據(jù)岸壁效應可知，在狹窄的水道中行駛時，當船頭開始轉向時，更靠近河岸的那一邊船身就容易被河岸吸過去。因此學過船舶知識的都知道，大船過小道時，就要特別留心別讓船體與河岸或其他船只靠得太近，速度不能太快，要盡量走河道中心線。

歷史上岸壁效應曾經(jīng)造成一些大事故。比如在1934年1月，英國納爾遜級戰(zhàn)列艦以每秒4.6米的速度離開英國樸次茅斯港，結果就因為岸壁效應擱淺。

船身附近的水壓比船頭小，更容易被河岸吸引

英國納爾遜級戰(zhàn)列艦在英國樸次茅斯港擱淺

從行駛記錄來看，長賜號集裝箱船可能也發(fā)生了類似的事。在當?shù)貢r間3月23日早上7 ：30，長賜號剛進入蘇伊士運河不久就遇到了沙塵暴。蘇伊士運河管理局在3月26日表示，長賜號是在遇到了強風和沙塵暴后才無法掌舵的。

根據(jù)船舶自動追蹤網(wǎng)站 VesselFinder 對當時長賜號航行姿勢的跟蹤記錄，當長賜號遇到強勁的西風時，曾試圖向西面操舵對抗風力，如此一來就陷入了岸壁效應的困局，最終船身順時針旋轉，船頭扎入了東岸。

“邪門”的艉坐效應

不過，狹窄水道中邪門的物理現(xiàn)象并不只有岸壁效應，大船過小道還要注意艉坐效應。

上面說到，當船在狹窄的水道中前進時，船頭的水位總是比船身和船尾的高，因此船身的水流速度比船頭更大，壓強更低。實際上這一點也適用于船底的情況，因為水流從船頭流到船底時，也要經(jīng)過更狹窄的通道。如此一來，船底也會被河床吸引，也就是說船屁股容易在淺水區(qū)下沉，這就是艉坐效應。

在深海（上）輪船不容易受到艉坐效應的影響，在淺灘（下）艉坐效應很明顯

艉坐效應主要和水深以及船速有關。船速很大時，輪船更容易發(fā)生屁股蹲。而水深不足吃水深度（船舶在水中沉入水下部分的最深長度）2.5倍時艉坐效應非常明顯。

艉坐效應在特定情況下很容易發(fā)生

因為艉坐效應，大船在淺水中很難操舵，很容易跟著水底地形運動，或在淺水中打轉。艉坐效應也曾造成不少事故。1992年7月8日，伊麗莎白女王二號遠洋郵輪在美國馬塞諸塞州的卡蒂杭克島附近的沙洲上擱淺，美國國家運輸安全委員會（NTSB）后來的調查指出，船員們不清楚水底地形，因此低估了船速過高造成的艉坐效應，直接導致了事件的發(fā)生。

2000年，Tecam Sea號和 Federal Fuji號散貨船在加拿大魁北克的索雷爾·特雷西港口相撞，后來的事故分析報告指出，艉坐效應也是肇事因素。

甚至還有輪船利用艉坐效應強行降低“身高”，避免超過最大安全通航高度的奇怪操作。2009年11月1日，世界第三大游輪、高出水面72米的海洋綠洲號為了能通過丹麥的大貝爾特橋，在過橋時加速至每小時37千米，成功讓大船多入水30厘米，最終以小于最大安全通航高度4厘米的距離驚險過橋，大秀了一把“過橋米線”的技術。

海洋綠洲號擦線通過大貝爾特橋

總而言之，運河和淺灘這些水道對大船來說處處是坑，沒學好流體力學的船員搞不好分分鐘就要給人添堵啊。

（本文經(jīng)授權轉載自“把科學帶回家”公眾號，有刪節(jié)）