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自由表面効果は、水上艇が不安定になり転覆する原因となるメカニズムである。[ 1 ]
これは、液体、および種子、砂利、砕いた鉱石など、液体の挙動に近似する小さな固体の非結合集合体が、操縦者による動き（または波や風が船に作用することによって生じる海況）に反応して、船の貨物倉、甲板、または液体タンクの姿勢の変化に応じて移動する傾向を指します。自由表面効果について言及する場合、満杯でないタンクの状態は「スラックタンク」、満杯のタンクは「押し上げられた」と表現されます。[ 2 ]
通常積載状態の船舶では、垂直方向からの横揺れは、船体が下がった側の水量増加によって生じる復原モーメントによって相殺されます。これは、船舶の重心が比較的一定であることを前提としています。船内の移動体が横揺れの方向に移動すると、重心が下がった側に移動することで復原効果が相殺されます。自由表面効果は、大型の貨物室、燃料タンク、または水タンク（特に船幅全体に及ぶ場合）を備えた船舶、あるいはロールオン/ロールオフフェリーの事故などで発生したような偶発的な浸水によって問題となる可能性があります。
区画やタンクが空または満杯の場合、強風、荒波、急な揺れや旋回などで船体が左右に揺れても、船体の重心は変化しません。しかし、区画が部分的にしか満たされていない場合、区画内の液体は船体の上下動、縦揺れ、横揺れ、うねり、ヨーイングに反応します。例えば、船体が左舷側に傾くと、区画内の液体が左舷側に移動し、船体の重心が左舷側に移動します。これにより、船体が垂直状態に戻る速度が遅くなります。
大量の液体が移動する際の運動量によって大きな動的力が働き、それが復原力に逆らって作用します。船が垂直に戻ると、横揺れが続き、反対側でも同じ現象が繰り返されます。荒れた海では、これが正のフィードバックループとなり、横揺れがますます激しくなり、最終的には復原力を上回って転覆に至ることがあります。振幅が増大する繰り返しの振動は自由表面効果と関連付けられることが多いですが、必ずしも必要条件ではありません。例えば、SS Normandie 号 とMS al-Salam Boccaccio 98 号 のどちらの場合も、消火活動による水の蓄積が、連続した一回の横揺れで転覆を引き起こしました。
この危険を軽減するために、貨物船は、少数の大型のバルクコンパートメントや液体タンクの代わりに、複数の小型のバルクコンパートメントや液体タンクを使用し、バルクコンパートメントや液体タンク内にバッフルを設けて、船体全体に対する自由表面の影響を最小限に抑えることがあります。個々のバルクコンパートメントや液体タンクを比較的空にするか満杯にしておくことも、影響とそれに伴う問題を最小限に抑えるもう1つの方法です。油圧タンカーは、水を使って軽い油を押し出し、タンクを常に満杯に保ちます。[ 3 ]船の中心線をまたがないタンクやコンパートメントは、不安定な振動を起こしにくい傾向があります。同様に、狭いコンパートメント（船首から船尾まで一直線に並んでいる）や、中心線から最も遠い端にあるコンパートメントは、不安定性を引き起こしにくい傾向があります。
船舶の区画や甲板への浸水、液体貨物の漏洩、または意図しない水（降雨、波、船体損傷によるもの）と、それに伴う自由表面効果は、事故、転覆、死傷者の原因となることが多く、例えば、TEV Wahine （ニュージーランド、ウェリントン、1968年4月）、MS Herald of Free Enterprise （ベルギー、ゼーブルッヘ、1987年3月）、MS Estonia （バルト海、1994年9月）の沈没事故などが挙げられる。ROROフェリー al-Salam Boccaccio 98 （紅海、2006年2月）の場合、不適切な消火手順が浸水を引き起こし、それが直接不安定化と転覆につながった。アル・サラーム・ボッカチオ98号とコスタ・コンコルディア号のどちらのケースでも、船が急旋回した直後に深刻な傾斜が発生し、その結果、不安定な量の水（後者の場合は衝突による損傷）が船体の一方から他方へと流れ込んだ。
自由表面効果は、船舶（最もよく見られる）、ばら積み貨物や液体タンカーのセミトレーラーやトラック（ジャックナイフ現象や横転を引き起こす）、航空機（特に消火用放水機や給油タンカー。バッフルによって効果は軽減されるが、完全には排除されない）など、あらゆる種類の乗り物に影響を与える可能性があります。「自由表面効果」という用語は、重力の影響下にある液体を意味します。スロッシングダイナミクスは、自由表面効果と、重力は重要ではないが慣性や運動量が複雑な流体力学と相互作用して乗り物の不安定性を引き起こす宇宙船などの状況の両方を網羅する包括的な分野です。
船舶の転覆につながる可能性のある自由表面効果の影響を軽減するため、SOLAS条約および国際安定性コードに基づき、国際的にすべての船舶に規制要件が適用されます。[ 4 ]