Việc một chiếc thuyền có bị lật úp hay không phụ thuộc rất nhiều vào trọng tâm của nó. Chúng ta nghĩ trọng lực là một lực kéo mọi thứ xuống dưới (hướng về tâm Trái Đất), nhưng không phải lúc nào nó cũng hoạt động như vậy. Đôi khi trọng lực có thể khiến mọi thứ bị lật úp, đặc biệt là khi chúng ở trên cao và mất cân bằng.
Ném một quả bóng lên không trung, trọng lực sẽ kéo nó thẳng xuống. Không phải mọi thứ đều chuyển động như vậy khi chịu tác động của trọng lực. Hầu hết các vật thể không có hình dạng đẹp mắt, gọn gàng như quả bóng. Điều đó có nghĩa là trọng lực tác động lên chúng theo những cách phức tạp hơn.
Tuy nhiên, mọi vật thể đều hoạt động như thể khối lượng của chúng (chất liệu cấu thành nên chúng) tập trung tại một điểm gọi là trọng tâm.
Một vật thể đơn giản như quả bóng có trọng tâm ở một vị trí rất dễ nhận thấy – ngay chính giữa quả bóng. Nhưng ở một vật thể phức tạp hơn, chẳng hạn như cơ thể bạn, trọng tâm lại cao hơn eo một chút vì trọng lượng ở nửa trên cơ thể lớn hơn nửa dưới. Giống như khi bạn bước đi trên một thanh xà hẹp, bạn sẽ biết rằng mình phải duỗi tay ra để không bị ngã – trọng tâm của bạn luôn thay đổi khi bạn di chuyển, và việc di chuyển tay giúp bạn không bị kéo ra khỏi thanh xà.
Tàu du lịch và tàu chở hàng hiện đại là những kiệt tác kỹ thuật, kết hợp truyền thống hàng hải với tiến bộ công nghệ. Những siêu tàu thủy có thể chịu được trọng lượng của hàng nghìn người cũng như hàng trăm container mà vẫn tiếp tục nổi. Đôi khi chúng sẽ bị nghiêng ngả do tác động của sóng biển nhưng vẫn không bị lật.
Hai thiếu hai yếu tố chủ chốt giúp những con tàu siêu nặng này không bị lật trên biển là đó là nguyên tắc vật lý và thiết kế đơn giản.
Tàu thủy nổi do trọng lượng của nó nhẹ hơn nước mà nó chiếm chỗ. Trọng lượng kéo tàu xuống trong nước nhưng nó được cân bằng bởi lực nổi, một lực hướng lên tạo bởi chất lưu, đẩy tàu lên cao. Nếu lực nổi lớn hơn trọng lượng, tàu sẽ tiếp tục bị đẩy lên trên để hai lực triệt tiêu lẫn nhau.
Để đảm bảo điều trên, các kỹ sư phải tập trung vào hai điểm chủ chốt, trọng tâm và trọng tâm nổi của tàu.
Để giữ tàu nổi, trọng tâm của tàu cần đặt thấp để trọng lượng có thể kéo tàu theo chiều hướng xuống. Chính vì vậy mà động cơ, nhiên liệu, máy móc nặng luôn được đặt ở đáy tàu, trong khi các khoảng trống khác như cabin và phòng ăn nằm ở giữa.
Lực nổi của tàu trên nước phụ thuộc vào mật độ của nó. Nếu tàu đặc hơn nước, nó sẽ chìm xuống. Tuy nhiên, nếu kém đặc hơn nước, tàu sẽ nổi lên. Yếu tố giúp tàu nổi là lực áp suất hướng lên từ mặt nước. Do nặng tương đương lượng nước bị chiếm chỗ, tàu không chìm hoàn toàn.
Nhưng một thiết kế đóng vai trò quan trọng nhất giúp tàu chạy ổn định là thân tàu hình chữ U hay còn gọi là thân tàu giãn nước. Đó là lý do tại sao đáy tàu cấu tạo từ vật liệu siêu nhẹ và chắc chắn để tăng độ cân bằng. Đồng thời mũi tàu được bo tròn ở chỗ tiếp xúc với mặt nước giúp làm giảm tối đa lực cản và ngăn tàu tròng trành.
