배는 왜 가라앉지 않는가

지상 로봇이 바퀴 토크로 움직인다면, 함정은 물의 힘으로 뜨고 흔들립니다. 해양 시뮬레이션의 출발점은 단 하나의 질문입니다 — "배는 왜 가라앉지 않는가?" 그 답이 부력이고, 거기서 복원성·감쇠로 이야기가 이어집니다.

뜨는 힘 — 부력

물에 잠긴 부피만큼의 물 무게가 위로 미는 힘, 그게 부력(아르키메데스 원리)입니다. 배의 무게(중력, 아래)와 부력(위)이 균형을 이루는 깊이 — 흘수선 — 에서 배는 뜹니다.

도식 렌더링 중…

💡 시뮬에서 부력을 끄면? — 부력 항을 빼면 중력만 남아 배가 그대로 가라앉습니다. 실제로 부력 셋업이 한 번 빠져 함정 7척이 -2989m로 침몰한 사건이 있었죠. 부력은 "있으면 좋은 것"이 아니라 함정 시뮬의 기본 골격입니다.

다시 일어서는 힘 — 복원성(GM)

배가 파도에 기울어도 다시 일어서는 건 복원성 덕분입니다. 무게중심(G)과 부심(B)의 관계로 결정되는 메타센터 높이(GM) 가 양(+)이면, 기울 때 부력이 배를 똑바로 되돌리는 모멘트를 만듭니다.

• GM > 0 — 안정. 기울면 다시 일어섬.
• GM ≤ 0 — 불안정. 기울면 전복(capsize).

⚠️ 복원성이 너무 강해도 문제 — GM이 과하면 배가 너무 빳빳해져, 자연스러운 뱃머리 들림(trim)조차 안 생깁니다. "잘 일어서는 것"과 "유연하게 움직이는 것" 사이의 균형이 함정마다 다릅니다.

흔들림을 잠재우는 힘 — 복사감쇠

파도가 배를 계속 흔들 때, 그 흔들림(heave·roll·pitch)을 잦아들게 하는 게 복사감쇠(radiation damping) 입니다. 배가 움직이며 만든 물결이 에너지를 가져가는 효과죠.

💡 큰 배는 안정, 작은 배는 흔들려야 정상 — 같은 감쇠를 쓰면 100톤 모선이 12톤 보트처럼 출렁입니다. 감쇠를 질량에 비례해 키워야 큰 배는 묵직하게, 작은 배는 경쾌하게 — 현실과 같은 대비가 납니다.

수상과 수중은 다르다

수상함은 흘수선에서 떠 있지만, 잠수함은 부력을 조절해 깊이(z)를 제어합니다. 중성부력(부력=중력)을 맞추면 원하는 깊이에 머물고, 살짝 깨면 떠오르거나 잠깁니다. 같은 부력 물리에서 출발하지만, 수직 제어라는 차원이 하나 더 붙습니다.

한 줄 정리

📌 함정 시뮬의 골격은 부력(뜨는 힘) + 복원성 GM(다시 일어서는 힘) + 복사감쇠(흔들림 잦아듦) 다. 부력을 빼면 가라앉고, GM이 음이면 전복하며, 감쇠는 질량에 비례해야 큰 배·작은 배의 대비가 산다. 잠수함은 여기에 깊이 제어가 더해진다.