1. かじを きると、なぜ 船は まがるの?
1. 舵はどうやって、曲がる力を生んでいるのか
1. 舵の力学 ── 水流を偏向させる揚力
船の うしろに、たてに ながい いたが 1まい ついて います。これが「かじ」です。プールや おふろで、手のひらを 水の 中で ななめに かたむけて おすと、手が おし返される かんじが します。かじも おなじで、水の ながれの むきを かえた ぶん、かじは 水から おし返され、その 力で 船の おしりが よこに おされて、船が まがって いきます[1]。
ただし、じょうけんが あります。船が ゆっくり しか すすんで いないと、かじに あたる 水の いきおいが よわく、あまり まがれません。エンジンを けして スクリューが とまって いる ときも おなじです。うしろへ おくられる 水の いきおいが なくなるので、かじを うごかしても、船は おもうように まがりません[1]。
もっと まがろうと して、かじを おおきく きりすぎるのも、じつは ぎゃくこうかです。ひこうきの つばさが かたむけすぎると うまく とべなく なるのと おなじで、かじも かたむけすぎると 水の ながれが みだれて、まがる 力が かえって よわく なります。だから かじは、だいたい 35どくらいまでしか きれない ように つくられて います[1][2]。
舵は、後ろから来る水をせき止める板ではありません。斜めに傾けた面で、流れてくる水の向きを左右どちらかへ曲げる道具です。水の向きを変えたぶんだけ、舵は水から押し返され、その反作用の力が船のおしりを横へ押して、船を回していきます[1]。
この力は、船の対水速度が上がるほど、ぐっと強くなります。速さが2倍になれば、舵の効きは2倍どころか、その2乗、つまり4倍近くまで強くなる計算です[1]。逆に言えば、ゆっくり走っているときの舵は、思ったより頼りになりません。
この力の元になっているのは、スクリュー(プロペラ)が後方へ押し流す水の勢いです。エンジンを止めてスクリューが止まると、舵に当たる水の流れが弱まり、操船が難しくなります[1]。
もっと曲がろうとして舵を切りすぎることにも、落とし穴があります。舵の角度が大きくなるほど生まれる力は増えますが、ある角度を超えると水の流れが舵の面からはがれてしまい、力はかえって小さくなります[1]。多くの船の舵が、だいたい片側35度までしか切れないように作られているのは、この限界と関係しています[1][2]。この能力は、船の安全に関する国際条約(SOLAS)でも義務づけられています[2]。
舵は、水を後方でせき止める板ではない。斜めに角度をつけた面で、流れてくる水を左右いずれかへ偏向させ、その反作用として船体を横に押す力(横力)を生み出す装置である[1]。
この力(揚力)は、F=C_L・(1/2)ρU²・Sという式で表される。Uは舵に当たる水の流速、ρは水の密度、Sは舵の面積、C_Lは角度によって決まる係数だ[1]。速度Uの2乗に比例するため、対水速度が半分になると、舵の効きは4分の1にまで落ちる。
この水流の多くは、スクリュー(プロペラ)が後方へ送り出す推進流にたよっている。したがって、スクリューが停止すれば舵に当たる水流も弱まり、操船が難しくなる[1]。
舵の迎角(舵と水流のなす角度)が大きいほど揚力は増えるが、ある角度を超えると水流が舵面から剥離し、揚力はかえって小さくなる。流体力学でいう「失速」と同じ現象だ[1]。多くの船の舵が標準的に片側35度までしか切れないよう設計されているのは、この失速と無関係ではない[1][2]。SOLAS(海上人命安全条約)は、最大喫水・全速力で航行中でも、舵を片側35度から反対側35度まで動かせる操舵装置の能力を義務づけている[2]。
2. 船が まわる ときの じくは、まん中じゃない
2. 船が回る軸「ピボットポイント」と、舵を切った瞬間の「キック」
2. ピボットポイントと回頭初期のキック
船が まわる とき、まん中を じくに して まわって いる わけでは ありません。船が まえに すすんで いる ときの まわる じくは、水の ちからで きまり、船の まえの ほうに ちかい ところに あります[3]。
だから、かじを きった すぐ あとに、おもしろい ことが おきます。船の うしろの ほうは、じくより うしろに あるので、まがりたい ほうこうとは ぎゃくの ほうへ、いっしゅんだけ ふれるのです。その あと、船は やっと おもった ほうこうへ まがって いきます[3]。
日本の 船を あやつる 人たちは、右へ かじを きる ことを「面舵」、左へ かじを きる ことを「取舵」と よびます[4]。むかしの 船の えいがや アニメで、「おもかーじ、いっぱーい」と さけぶ ばめんを 見た ことが あるかも しれません。
船が回転するとき、実は船の重心を軸にして回っているわけではありません。前進しているときに回転の軸になる点は「ピボットポイント(回頭中心点)」と呼ばれ、重心とは別の、水の抵抗によって決まる点です[3]。この点は、船首から船の全長のだいたい3分の1から6分の1くらいの位置にあります。後進しているときは逆に、船尾から同じくらいの位置に移ります[3]。
ピボットポイントが船の中心より前寄りにあるせいで、面白いことが起きます。舵を切った直後、ピボットポイントより後ろにある船尾は、目指す方向とは逆へ、ほんの一瞬だけ振れるのです。これを「キック」と呼びます。船はそのあとで、やっと狙った方向へ回り始めます[3]。
日本の操船用語では、右へ舵を切ることを「面舵」、左へ舵を切ることを「取舵」と呼びます[4]。古い船の映画や物語で、「面舵いっぱい」という号令を聞いたことがある人もいるかもしれません。
3. まわる ときに えがく 円は、船に よって ぜんぜん ちがう
3. 旋回円は、船によって大きさが大きく異なる
3. 旋回円の3段階と、大きさを左右する条件
かじを いっぱいに きった まま すすみつづけると、船は 円を えがいて まわります。この 円の 大きさは、船に よって ぜんぜん ちがいます[5]。
自転車は、くいっと 小さく まがれます。でも 大きな トラックは、おなじ ことを しようと しても、もっと 大きな 円を えがいて しまいます。船も おなじで、大きな 船ほど、まわる 円は 大きく なりがちです[5]。
おなじ 大きさの 船でも、ほそながい 形の 船は、はば広い 船より 大きな 円を えがきやすいです。荷物を つみすぎて 船が 水に しずみすぎて いたり、あさい 海を はしって いたり すると、まわる ために もっと 大きな 力が いります[5]。
だから、全長 100メートルを こえる 大きな 船には、まわる 力を たしかめる テストが きまりで もとめられて います[5]。
舵をいっぱいに切ったまま進みつづけると、船はある半径の円を描いて回ります。この円は「旋回円(ターニングサークル)」と呼ばれ、船のピボットポイントが描く軌跡です[5]。旋回は、舵を切って回転の力が生まれる段階、向きが90度変わる段階、力がつり合って一定の半径の円を描きつづける段階と、順を追って進みます[5]。
この円の大きさは、船によって大きく変わります。一般に船が大きいほど旋回円も大きくなり、小型船は大きなばら積み船より速く障害物をよけられます[5]。自転車と大型トラックの「曲がりやすさ」のちがいに近いものがあります。
ただし、大きさだけが決め手ではありません。コンテナ船やフリゲート艦のように細長い船体は、同じ長さ・速さのばら積み船よりも旋回円が大きくなる傾向があります[5]。喫水が深いほど旋回円は大きくなる傾向があり、船尾側が重く傾いている(船尾トリム)と旋回の直径は著しく増える一方、船首側が重い(船首トリム)と小さくなる傾向があります[5]。浅い海域では、海底との間隔がせまくなることで水の流れ方が変わり、旋回に必要な力がより大きくなります[5]。
こうした理由から、国際海事機関(IMO)の指針は、全長100メートル以上の外洋船に旋回性能の試験を義務づけています。ガス・化学タンカーは、大きさに関係なく、進水後・引き渡し前に試験を受けなければなりません[5]。試験は、広く深い海域で、穏やかな天候のもと、満載で傾きのない状態、設計速力のおよそ90%の速さで行われます[5]。
旋回円(ターニングサークル)とは、一定の旋回モーメントを与えつづけたときに、船のピボットポイントが描く軌跡のことをいう[5]。旋回は、(1)舵を切って旋回モーメントが生じる段階、(2)針路が元から90度変わる段階、(3)力が釣り合い一定半径の円を描きつづける定常段階、という順に進む[5]。
旋回円の大きさは、船によって大きく異なる。一般に船が大きいほど最小旋回半径も大きくなり、小型船は大型のばら積み船より速く障害物を回避できる[5]。
大きさ以外の要因もある。水面下の船体が細長い船(コンテナ船やフリゲート艦など)は、同じ長さ・速力でも、船体の幅が広いばら積み船より旋回円が大きくなる傾向がある[5]。喫水が深いほど旋回円は大きくなる傾向があり、船尾トリム(船尾側に重く傾いた状態)だと旋回径は著しく増加する一方、船首トリムだと減少する傾向がある[5]。浅い水域では、海底との間隔が狭まることで流れのパターンが変わって抵抗が増え、旋回に必要な力がより大きくなる[5]。
これらの条件がからむため、IMOの指針(MSC.137(76)など)は、全長100メートル以上の外洋船に操縦性能試験(旋回性能試験を含む)の実施を義務づけている。ガス・化学タンカーは、長さによらず進水後・引き渡し前の実施が義務だ[5]。試験は、深く広い海域・穏やかな天候・満載かつ傾斜のない状態・設計速力の約90%程度の速度・定格出力の85%以上という条件で行われる[5]。
4. せかいで おなじ きまりが できるまで
4. 世界共通の「ぶつからないルール」ができるまで
4. COLREGs成立史 ── ばらばらだった航行慣行から統一規則へ
むかしは、国に よって 船の きまりが ばらばらでした。ほを つかって はしる むかしの 船は、夜に あかりを つけて いない ことが 多く、それが ぶつかって しまう わけの ひとつに なって いました[6]。
1863年、イギリスと フランスが あたらしい きまりを つくりました。この きまりは 世界中に 広がり、1864年までに 30を こえる 国が つかうように なりました[6]。
1972年、こんどは 国どうしの あつまり(IMO)が、世界きょうつうの きまりを つくりました。「COLREGs(コルレグス)」と よばれる この きまりは、1977年から つかわれて います[6]。
今のような国際共通ルールができる前、19世紀の海はもっと自由でした。国や地域ごとに航行の慣習がばらばらで、帆船が夜間に航海灯を示さないことも多く、それが衝突の一因になっていました[6]。
1863年、イギリスとフランスが新しい規則を作りました。この規則は評判がよく、1864年までに30以上の国が採用しました[6]。
それでも、規則は国によって細部がちがっていました。1972年、国際海事機関(IMO)は、世界共通の衝突予防規則を採択します。これが「COLREGs(国際海上衝突予防規則)」で、1977年7月15日に発効しました[6]。採択のきっかけの一つは、1967年にドーバー海峡で導入された、世界初の「分離通航方式」(船の通り道を一方通行に分ける仕組み)に対応する必要があったことでした[6]。
5. どちらが よける? せかいと 日本の きまり
5. 「動きやすい船が動きにくい船をよける」── 世界と日本のルール
5. Rule 8・Rule 17と海上衝突予防法 ── 避航船・保持船の規定
COLREGsの きまりには、「ぶつかりそうに なったら、はやめに、はっきり わかるくらい 大きく、むきか はやさを かえなさい」と いう ものが あります[6]。ちょっとだけ かじを きるのでは だめで、あいてに ちゃんと つたわるくらい、大きく うごく ひつようが あります。
先に すすんで いい ほうの 船も、あいての 船が よけて くれないと わかったら、じぶんから よけて よい ことに なって います[6]。
日本にも、おなじ かんがえに もとづく 法律が あります。1977年から つかわれて いて、きほんの かんがえは「小回りが きく 船の ほうが、小回りが きかない 船を よける」という ことです[7]。小さな ヨットや 水上バイクも、この「小回りが きく 船」に ふくまれます[7]。
COLREGsには、「衝突を避けるための動作」という規則(第8条)があります。危険が近づいたら、十分に早く、そしてはっきり分かるくらい大きく、針路か速力を変えなければならない、という内容です[6]。ほんの少しだけ舵を切るのでは足りず、相手にちゃんと伝わる大きさで動く必要があります。
原則として針路と速力を保つ側の船(保持船)も、相手の船(避航船)がよける動きを見せないと分かった場合は、自分から衝突を避ける動作をとってよいことになっています(第17条)[6]。保持船だからといって、どんな状況でも動いてはいけないわけではありません。
日本にも、COLREGsに準拠した法律があります。「海上衝突予防法」といい、1977年6月1日に公布され、同年7月15日から施行されました[7]。この法律の基本原則は、「動きやすい船が動きにくい船を避ける」というものです[7]。小さなディンギーや水上オートバイもこの原則の対象になりますが、ウィンドサーフィンは含まれません[7]。
COLREGs Rule 8(衝突を避けるための動作)は、他船との安全な距離を保つため、十分に早く、かつ大幅と分かる針路・速力の変更を求めている[6]。わずかな変針では要件を満たさない。
Rule 17(保持船の動作)は、保持船に対し、原則として針路・速力の維持を求める。ただし、避航船が適切な動作をとっていないと分かった場合は、保持船自身も衝突回避の動作をとってよいと定めている[6]。
日本の海上衝突予防法(昭和52年法律第62号)は、1972年のCOLREGsに準拠する国内法で、1977年6月1日に公布、同年7月15日に施行された[7]。同法は、あらゆる視界状態での航法(第4条〜第10条)と、互いに視野内にある船舶の航法(第11条〜第18条、避航船・保持船の規定を含む)を章立てで分けて定めている[7]。基本原則は「動きやすい船が動きにくい船を避ける」というもので(第3条第1項)、小型のディンギーや水上オートバイも対象に含まれる一方、ウィンドサーフィンは含まれない[7]。なお、同法は海上交通安全法・港則法とあわせて「海上交通三法」を構成し、船の行き来が多い海域では海上交通安全法が優先して適用される[7]。
6. それでも まにあわない ことが ある
6. それでも間に合わないことがある ── 1989年と2025年の実例
6. 曲がりきれなかった実例 ── エクソン・バルディーズ号と操舵装置の故障
1989年、大きな タンカーが、氷山を さけようと して、きめられた 通り道から はずれました。あぶないと 気づいた 船の 人が、むきを かえる よう つたえましたが、その とちゅうで、船は あさい ところに のりあげて しまいました[8]。気づいてから まがりきるまでの、ほんの すこしの 時間が、まにあわなかったのです。
今でも、かじが うごかなく なる できごとは おきて います。2025年、オーストラリアの 船で、かじを うごかす しくみの 部品が ゆるんで、8時間も かじが きかなく なった ことが ありました[9]。
1989年、大型タンカー「エクソン・バルディーズ号」は、氷山を避けるため夜11時47分に、決められた航路から外れました。危険に気づいた航海士が針路変更を指示しましたが、その指示が終わる前の午前0時4分、船は浅瀬に乗り上げてしまいました[8]。気づいてから曲がりきるまでの、わずか十数分が間に合わなかったのです。
舵の故障は、昔の話ではありません。2025年7月、オーストラリアの貨物船「マシュー・フリンダーズIII」は、舵とオートパイロットをつなぐ部品がゆるんだことが原因で、舵が左いっぱいに固定されたまま、8時間にわたって操縦できなくなりました[9]。原因を調べたオーストラリア運輸安全局(ATSB)によれば、油もれや弁の不具合、部品どうしをつなぐレバーの調整不足なども、舵の故障でよくある原因だといいます[2]。
1989年3月、大型タンカー「エクソン・バルディーズ号」は、氷山を避けるため23時47分に定められた航路帯(トラフィックレーン)を離脱した。危険に気づいた三等航海士が針路変更を指示したが、その指示が完了する前の0時4分、船は座礁した[8]。危険に気づいてから曲がりきるまでの、わずか十数分が間に合わなかった一例だ。
操舵装置の故障は、現在も起きている。2025年7月23日、タスマニア沖で、オーストラリアの貨物船「マシュー・フリンダーズIII」は、舵とオートパイロットをつなぐ連結アームの緩みにより、舵が左舷いっぱいに固定されたまま、8時間にわたり操船不能となった[9]。この事故は、オーストラリア運輸安全局(ATSB)が調査した[9]。操舵装置の代表的な故障原因には、油漏れ、制御レバーの調整不足、安全弁・バイパス弁の不具合、システム内への空気混入、油温上昇(多くは低油位が原因)、リミットスイッチの故障がある[2]。
7. じぶんでも しらべて みたく なったら
7. 自分でも調べてみたくなったら
7. 自分でも調べてみたくなったら
やってみよう。洗面器か おふろに 水を はって、下じきや プラスチックの じょうぎを、水の 中で ななめに かたむけながら、よこに うごかして みましょう。手に つたわる 力が、どちらに おされるか、かんじて みて ください。
- かたむきを ちいさく した ときと、おおきく した ときで、おされる 力の つよさは かわりますか。ものすごく かたむけすぎると、力が かえって よわく なる かんじが しないか、ためして みましょう。
- 船の かじも、これと おなじ しくみで 水から 力を もらって います。ただし ほんとうは、船の かじは 水の ながれの 中で ほとんど うごかない ままで つかわれるので、じょうぎを うごかす 手とは すこし ちがう ところも あります。
水を こぼしたら ふきましょう。
もし、大きな 船が まがる ところを 見る きかいが あったら、船の どのあたりを じくに まわって いるように 見えるか、かんがえて みましょう。
洗面器かお風呂に水を張り、下じきやプラスチックの定規を水の中で斜めに傾けながら横に動かしてみましょう。手に伝わる力が、どちら向きに押されるかを感じてみてください。角度を小さくしたときと、思いきり大きく傾けたときとで、力の強さがどう変わるか比べてみましょう。とても大きく傾けすぎると、かえって力が弱くなる感じがしないか、試してみてください。ただし本当は、船の舵は水の流れの中でほぼ動かない状態のまま使われるので、この実験とは少しちがいます。水をこぼしたらふきましょう。
もっと資料を読んでみたいときは、次の項目を見てみましょう。
考えてみたい問い。次に大きな船が曲がっているところを見る機会があったら、船のどのあたりを軸に回っているように見えるか、観察してみましょう。
洗面器か浴槽に水を張り、下じきや定規を水中で角度をつけながら横方向に動かす。手に伝わる反力の向きと強さを確かめ、角度を小さくした場合と大きくした場合を比較する。角度をつけすぎると反力がかえって弱まる、失速に近い感覚が得られるか試してみる。ただし本当は、船の舵は水の流れの中でほぼ静止した状態のまま使われる点が、この実験とは異なる。水をこぼしたらふく。
資料を読み比べてみたい。
- ウィキペディア「舵」[1]。揚力の式と、失速が起きる仕組みが書かれている。
- Marine Insight「What Is The Pivot Point Of A Vessel?」[3]。ピボットポイントの位置と「キック」の説明がある。
- ウィキペディア(英語版)「International Regulations for Preventing Collisions at Sea」[6]。Rule 8・Rule 17の条文と、COLREGs成立史が読める。
考えてみたい問い。大きな船が曲がっているところを見る機会があれば、船のどのあたりを軸に回っているように見えるかを観察してみる。ピボットポイントが前寄りにあるという説明と、実際に見た印象が一致するかどうかも、確かめてみたい。
しらべた ところ
参考にした情報源
参考にした情報源
出典について:フリー百科事典ウィキペディア(日本語版・英語版)と、船の操縦性能を専門にあつかうサイト「Marine Insight」を使った。何に使ったかを、それぞれの項目の最後に書いている。
- フリー百科事典『ウィキペディア』「舵」。 https://ja.wikipedia.org/wiki/舵 (舵が水流を偏向させて力を生む仕組み、揚力の式、迎角と失速、片側35度前後という舵角の上限について)
- Marine Insight「Common Problems With The Steering Gear System Of Ships」。 https://www.marineinsight.com/common-problems-steering-gear-system-of-ships/ (SOLAS条約が求める操舵装置の35度の可動範囲、操舵装置に起きがちな故障の原因)
- Marine Insight「What Is The Pivot Point Of A Vessel?」。 https://www.marineinsight.com/pivot-point-of-a-vessel/ (ピボットポイントの定義と位置、前進・後進での違い、舵を切った直後に起きる「キック」について)
- フリー百科事典『ウィキペディア』「操船」。 https://ja.wikipedia.org/wiki/操船 (面舵・取舵という日本の操船用語について)
- Marine Insight「Understanding Turning Circle Of A Ship」。 https://www.marineinsight.com/understanding-turning-circle-of-a-ship/ (旋回円の定義と旋回の3段階、船の大きさ・船型・喫水・トリム・浅水域が旋回径に与える影響、IMOの操縦性能試験の義務について)
- Wikipedia(英語版)「International Regulations for Preventing Collisions at Sea」。 https://en.wikipedia.org/wiki/International_Regulations_for_Preventing_Collisions_at_Sea (COLREGs成立までの歴史、1972年の採択と1977年の発効、Rule 8・Rule 17の内容について)
- フリー百科事典『ウィキペディア』「海上衝突予防法」。 https://ja.wikipedia.org/wiki/海上衝突予防法 (日本の海上衝突予防法の成立・施行日、条文の構成、基本原則、海上交通三法との関係について)
- Wikipedia(英語版)「Exxon Valdez oil spill」。 https://en.wikipedia.org/wiki/Exxon_Valdez_oil_spill (1989年のエクソン・バルディーズ号が座礁するまでの経緯と時刻について)
- Marine Insight「Steering Failure Left Cargo Ship Crew Without Control For 8 Hours, ATSB Probe Reveals」。 https://www.marineinsight.com/steering-failure-left-cargo-ship-crew-without-control-for-8-hours-atsb-probe-reveals/ (2025年の貨物船「マシュー・フリンダーズIII」に起きた操舵故障の経緯について)
なおした ところ
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