纵向作用力：当拖轮在船舶的船头或船尾进行顶推或拖带时，产生的主要是纵向作用力。这个力可以帮助船舶克服静水阻力、风阻力和水流阻力，使船舶沿着码头前沿线或航道中心线向前或向后移动。例如，在没有水流和风的理想情况下，拖轮提供的纵向作用力只要大于船舶的静水阻力，船舶就能顺利离泊。纵向作用力的大小与拖轮的主机功率、螺旋桨的推进效率以及拖轮和船舶之间的连接方式（如拖缆的长度和强度）等因素有关。

横向作用力：如果拖轮在船舶的中部或侧面施加作用力，就会产生横向作用力。这种力主要用于克服船舶的横向风压力和水流横向力，使船舶在离泊过程中保持正确的航向和位置。横向作用力还可以帮助船舶在有限的空间内转向，比如从码头泊位转向航道。横向作用力的大小受到拖轮的位置、拖轮推力的方向（通过舵角调节）以及船舶自身的横向受力面积等因素的影响。

静水阻力：船舶在静止的水中离泊时，其水下部分会受到静水阻力的影响。这个阻力主要包括摩擦阻力和形状阻力。摩擦阻力是由于船体表面与水之间的摩擦力产生的，它与船体的湿表面积、船壳粗糙度和水流速度（在船舶开始移动后）有关。形状阻力则是由船舶的形状和水流绕过船舶时产生的压力差引起的，例如船舶首部的兴波阻力就是形状阻力的一部分。船舶离泊时，拖轮提供的纵向作用力首先要克服静水阻力。

风阻力：船舶在水面上会受到风的作用，风阻力的大小与风速、风向以及船舶的水上部分受风面积有关。在离泊过程中，当风从侧面吹来时，会产生较大的横向风压力，需要拖轮提供相应的横向作用力来平衡。如果风从船头或船尾方向吹来，会增加或减小船舶离泊所需的纵向作用力。例如，顺风时可以适当减少拖轮的纵向推力，逆风时则需要增加。

水流阻力和作用力：港口水域内的水流会对船舶产生水流阻力和作用力。如果水流方向与船舶离泊方向相同，水流会帮助船舶移动，减少拖轮所需的作用力；反之，如果水流方向与离泊方向相反，就会增加船舶离泊的难度，拖轮需要提供更大的作用力来克服水流阻力。此外，水流的横向作用力也需要通过拖轮的横向作用力来平衡，以防止船舶被水流冲离预定的离泊轨道。

经验公式法：在港口作业中，有一些基于经验的公式来估算拖轮所需的作用力。例如，对于船舶离泊时所需的纵向拖力，可以根据船舶的载重吨（DWT）来估算，一般来说，每 1000 载重吨可能需要一定比例（如 1 - 2 吨）的拖力。但这种方法比较粗糙，只是一个初步的估算，因为它没有考虑船舶的具体形状、风、水流等复杂因素。

力学模型计算法：利用船舶力学的理论模型来计算拖轮作用力。通过建立船舶在静水中、有风有流情况下的受力平衡方程，考虑船舶的质量、惯性矩、拖轮作用力的位置和方向等因素，采用数学计算的方法来精确计算拖轮所需的作用力。这种方法需要准确的船舶参数和环境参数（如风速、风向、水流速度和方向），计算过程相对复杂，但结果更准确。在实际应用中，可以借助计算机软件进行模拟计算，为拖轮协助船舶离泊的操作提供更科学的依据。

实时调整：在船舶离泊过程中，拖轮驾驶员需要根据船舶的实际移动情况和受力状态实时调整拖轮的作用力。例如，当船舶开始移动后，由于船舶自身的惯性和周围环境的变化（如风突然变大或水流速度改变），拖轮可能需要及时增加或减少推力，或者改变推力的方向。这就要求拖轮驾驶员具备丰富的经验和敏锐的观察力，能够根据船舶的姿态、速度以及周围环境的变化做出正确的判断。

多拖轮协同作业分析：在很多情况下，船舶离泊需要多艘拖轮协同作业。这时，需要分析每艘拖轮的作用力以及它们之间的合力对船舶的影响。不同位置的拖轮产生的纵向和横向作用力相互配合，共同克服船舶的各种阻力和外力。例如，一艘拖轮在船头提供向前的纵向作用力，另一艘拖轮在船侧提供横向作用力来控制船舶的转向，它们的合力使船舶能够平稳地离泊并进入航道。协同作业时，拖轮之间的通信和配合非常重要，以确保它们的作用力能够有效地作用在船舶上，达到预期的离泊效果。