|
Примерно 200 лет назад появилась идея построить корабль из железа. Многие люди опасались, что такое судно потонет, поскольку железо намного тяжелее дерева. В действительности способность судна удерживаться на плаву зависит от соотношения его массы и объема. Неважно, сколько весит судно; имея большой объем, оно будет плавать.
Водоизмещение
Если предмет поместить в воду, он вытеснит определенный объем воды. Эта вода удерживалась на месте выталкивающей силой, создаваемой окружающей водой. Та же выталкивающая сила будет действовать на предмет, помещенный в воду, и, следовательно, уменьшать кажущуюся массу предмета на величину, равную массе вытесненной воды.
Предмет, постепенно погружающийся в воду, будет испытывать постоянно растущую выталкивающую силу. Даже если железный брус полностью погружен, выталкивающая сила будет недостаточной, чтобы поддержать его на плаву. Но если той же массе железа придать форму большего объема, она будет вытеснять значительно большее количество воды. При погружении в воду лодка, в конце концов, достигнет уровня, когда будет вытеснять столько воды, что образующаяся выталкивающая сила будет поддерживать ее на плаву. Это количество воды, вытесненное плавающим судном, называют его водоизмещением.
 |
Современное полупогруженное грузовое судно.
Цистерны наполняют водой, погружая судно так,
чтобы над поверхностью находились
только носовая и кормовая надстройки.
Груз (в данном случае другой корабль) «заплывает» на борт.
Воду из цистерн откачивают.
Всплывая, корабль поднимает и груз. |
Грузоподъемность
Теперь положим на лодку груз. Он толкает лодку вниз в воду до тех пор. пока корпус не вытеснит достаточное дополнительное количество воды, чтобы обеспечить дополнительную выталкивающую силу, необходимую для поддержания лодки на плаву. Но если груз будет слишком тяжелым, лодка никогда не достигнет точки, в которой сможет вытеснить достаточное количество воды, чтобы держаться на плаву, и потонет. Поэтому одной из важнейших эксплуатационных характеристик судна является дедвейт (полная грузоподъемность судна) - масса груза (полезный груз, судовые запасы, экипаж), принимаемая судном.
Во время волнения корабли подвергаются сильным механическим напряжениям. Это вызвано тем, что выталкивающая сила, действующая на какую-либо часть корпуса, зависит от высоты волн в этой точке. На гребне волны водоизмещение будет наибольшим, и выталкивающая сила здесь также наибольшая. В подошве (нижней точке) волны выталкивающая сила будет наименьшей.
Грузовая марка на борту корабля показывает максимально
допустимую осадку в водах той или иной плотности.
Буквы указывают воды различной температуры
и солености, цифры - осадку в футах. |
 |
Гребень и подошва
Хуже всего кораблю дриходитсн, когда он идет против волн, длина которых (а это расстояние между гребня-ми) равна его собственной. Когда под носом й кормой находятся гребни, а по центру корпуса - подошва, выталкивающая сила на концах судна значительно больше, чем по центру, и его средняя часть прогибается. Затем вершина волны оказывается по центру, а подошвы - на концах судна, и проседают корма и нос, Кроме прогибов и перегибов, на корпус корабля действуют и другие дополнительные нагрузки - удары волн, скручивающие моменты, давление воды (возрастая с глубиной, оно оказывает наибольшее воздействие на корабли с большой осадкой). Конструкция корпуса должна быть рассчитана так, чтобы выдерживать все эти напряжения.
|
Красная часть корпуса при полной
погрузке находится под водой. |
|
Каплевидная выпуклость на носу
сглаживает поток воды,
уменьшая сопротивление и,
следовательно расход топлива. |
|
Стальной корабль плывет, когда плавучесть (В) равна его весу (W). Стальной брус вытесняет мало воды и потому тонет. |
Остойчивость
Остойчивость судна зависит от взаимного положения трех воображаемых точек - центра тяжести, центра водоизмещения и метацентра. Вес корабля можно считать силой, направленной вниз и проходящей через точку, называемую центром тяжести, а плавучесть - силой, направленной вверх и проходящей через точку, называемую центром водоизмещения. Когда корабль поднимается, центр водоизмещения находится непосредственно под центром тяжести, причем обе эти точки находятся на осевой линии - воображаемой линии, проходящей через середину корабля.
Если под воздействием ветра или волны корабль кренится на один борт, центр тяжести не меняет своего положения, но центр водоизмещения отклоняется от осевой линии в сторону более низкого борта корабля. Затем вес корабля, направленный вниз, и сила плавучести, направленная вверх, принуждают корабль вернуться в вертикальное положение. Когда корабль дает крен, вертикальная линия, по которой действует сила плавучести, пересекает исходную осевую линию в точке, называемой метацентром. Пока она находится выше центра тяжести, корабль устойчив и возвращается в вертикальное положение после исчезновения силы, вызвавшей крен. Но если две эти точки совпадают, силы плавучести и тяжести направлены противоположно. Поэтому сила, возвращающая корабль в вертикальное положение, отсутствует, и опасный крен сохранится.
Качка
Когда метацентр находится ниже центра тяжести, корабль неустойчив. Если он даст крен, силы тяжести и плавучести будут стремиться перевернуть корабль, и он может перевернуться. Для правильно построенного корабля - это исключительный случаи, но к нему могут привести такие нештатные условия, как перегрузка.
 |
Самоспрямляющаяся система "Окли".
Балластная цистерна в корпусе заполнена водой.
Слева - пустая спрямляющая цистерна (А).
Если судно переворачивается,
вода из балластной цистерны заполняет спрямляющую цистерну (В).
Переворачивание прекращается или судно возвращается
из опрокинутого положежния (С) в нормальное (D). |
При бортовой (поперечной) качке судно под влиянием волн, идущих сбоку, поочередно кренится то на один, то на другой борт. Существуют разнообразные устройства, называемые успокоителями качки, которые могут уменьшить амплитуду размахов корабля с 25-28° до 5-6° и даже 3°. (Амплитудой качки называют угол, на который судно из нормального положения кренится на какой-либо борт; размахом качки - крен с одного борта на противоположный; полным размахом качки - крен из нормального положения на какой-либо борт,затем через нормальное положение на противоположный борт и, наконец, возвращение в исходное прямое положение; периодом качки называют время в секундах, затрачиваемое судном на полный размах). При килевой (продольной) качке корабль то поднимается, всплывая на гребень волны, то опускается с него "на подошву". Смешанная качка часто возникает в ситуациях, когда сильные волны, идущие с разных направлений, сталкиваются, образуя жестокую толчею, которая может привести к гибели даже крупные океанские суда.
|
Версия для печати
