船体パラメータ
● 安定
浮体の横揺れアニメーション
船体が初期角まで傾いて手を離すと、GM>0 なら復原（直立に戻る）、GM<0 なら転覆する。● B=浮力中心 / ● G=重心 / ● M=メタセンター / 黄線=復原てこ GZ
理論・主要公式
メタセンター高さ: $GM = BM - BG = (KB + BM) - KG$
メタセントリック半径: $BM = \dfrac{I}{V},\quad I = \dfrac{L B^3}{12},\quad V = \dfrac{m\times10^3}{\rho_f}$
復原てこ: $GZ = GM \cdot \sin\theta$、復原モーメント: $M_r = W\cdot GZ = \rho_f g V\, GM \sin\theta$
$GM>0$ なら傾いても直立へ戻る（正の復原力＝安定）。$GM<0$ ではモーメントが傾きを増幅し転覆する。
浮体安定性とは
🙋
船が転覆しないのはどうしてですか？「安定性」って具体的に何を測っているんですか？
🎓
大まかに言うと、船が傾いた時に元に戻ろうとする「復原力」の強さだよ。その目安になるのが「メタセンター高さGM」という値なんだ。このシミュレーターで、右側の「重心高さKG」のスライダーを動かしてみて。GMの値がどう変わるか確認してみて。
🙋
え、KGを上げるとGMが小さくなって、ついにマイナスになりました！これってどういう状態なんですか？
🎓
その通り！GMがマイナスだと「不安定」な状態だ。例えば、積み荷を甲板の高い所に積みすぎて重心が上がりすぎると、ちょっと傾くと転覆してしまうんだ。実務では、GMが0.5〜1.5mくらいになるように設計するのが一般的だね。
🙋
なるほど！でも、下の「復原てこGZ」のグラフは、傾きが大きくなるとGMの計算値とずれてきますね。これはなぜ？
🎓
良いところに気づいたね。GMは小さい傾き（だいたい30度以下）での近似なんだ。傾きが大きくなると、船体の形が水に沈む部分で変わってくるでしょ？その効果を厳密に計算したのがGZ曲線。上の「傾斜角θ」のスライダーを大きく動かして、GZがどう変わるか確かめてみよう。
よくある質問
GMが負の値は、重心GがメタセンターMより上にある状態を示し、船は不安定です。少し傾くと復原力が働かず転覆します。このシミュレーターで重心位置を下げるか、船幅を広げてGMを正にしてみてください。
横軸が傾斜角（度）、縦軸がGZ（復原てこ長さ）です。GZが正の範囲では船は元に戻ろうとし、負になると転覆します。最大GZの高さと、GZがゼロになる角度（復原性喪失角）が大きいほど安定した船といえます。
排水量（トン）を変更しても、同時に船の寸法（長さ・幅）や流体密度を変えなければ、浮力と重量のつり合いが変わらず喫水は一定に見える場合があります。数値を変えた後は「計算実行」ボタンを押して再計算してください。
本ツールは直方体モデルによる簡易的な学習用です。実船は複雑な船型や水面形状の影響を受けるため、設計には専用のCAD/CAEソフトが必要です。ただし、GMやGZの基本概念を直感的に理解するのに役立ちます。
実世界での応用
船舶の基本設計：新造船の設計段階で、積載状態ごとのGMを計算し、十分な復原性を持つことを確認します。特に旅客船やコンテナ船は、重心が高くなりがちなので注意が必要です。
荷役計画・積み付け管理：港で貨物を積み下ろしする際、その順序によって船の重心が変動します。次の寄港地までの航海で安全なGMを保つよう、コンピュータで積み付け計画を立てます。
海洋構造物の安定性評価：洋上風力発電の浮体式基礎や、海上作業用のリフトバージなど、船舶以外の浮体構造物でも、同じ原理で転倒や傾斜に対する安全性を評価します。
事故調査・シミュレーション：転覆や座礁事故が起きた際、当時の積載状態と海況からGMやGZ曲線を再計算し、事故原因を究明するための基礎データとして利用されます。
よくある誤解と注意点
このシミュレーターを使い始める際、特にCAEの初学者が勘違いしやすいポイントがいくつかあります。まず第一に、「GMが大きければ大きいほど良い」わけではないという点。確かにGMが大きいと復原力は強くなりますが、同時に船の動きが急峻で「硬い」揺れになり、乗り心地が悪くなります。例えば、GMが3mを超えるような小型の漁船は、波に当たるとガクガクと短周期で激しく揺れ、船員の疲労や貨物の損傷につながります。実務では安定性と居住性・運用性のバランスが求められます。
次に、ツールのモデルは「直方体」という極めて単純化された形状であることを常に意識しましょう。実際の船は曲面を持ち、喫水線付近の形状（ウォータラインフレア）がGZ曲線の形状に大きく影響します。このツールで「船幅B」を変えても、実際の船体設計では上部が狭くなる「タンバー」形状を採用することで、傾斜時の復原力特性を微調整しているのです。
最後に、シミュレーターの「重心高さKG」は、あくまで単一の値だという点。実船では、燃料やバラスト水、積荷の移動により重心位置は常に変化します。また、自由液面効果（タンク内の液体が揺れることによる重心の実質的な上昇）は、計算上のKGを単純に上げるだけでは正確に評価できません。ツールで学んだ原理を、より複雑な現実の問題に適用する際の限界を理解しておくことが大切です。