Плавучість
Плавучість - здатність тіла плавати в заданому положенні відносно поверхні води при певній вазі [math]G[/math].
Теорія плавання тіл базується на законі Архімеда.
Зміст
Закон Архімеда
Закон можна сформулювати так: на будь-яке тіло, яке повністю або частково занурене в рідину, діє
вертикальна і спрямована вгору виштовхувальна сила, яка дорівнює вазі витісненої рідини.
Ця сила називається Архімедовою або підйомною силою.
Закон відкрив давногрецький математик і механік Архімед.
Записати його можна у вигляді [math]P=\rho gW[/math];
(де [math]W[/math] - об'єм тіла).
Основні положення
Положення судна відносно води називають посадкою.
Посадка судна характеризується трьома параметрами:
1) Середньою осадкою [math]{{d}_{CP}}[/math];
2) Креном [math]{{\Theta }^{0}}[/math];
3) Диферентом [math]t[/math] в м.
Осадка судна - глибина, на яку судно занурюється у воду.
Крен - поперечний нахил судна.
Диферент - кут поздовжнього нахилу судна, що викликаний різницею осадки носу і корми.
Зазвичай середня осадка визначається по маркам заглиблення на міделі судна.
Якщо середню осадку необхідно визначити відносно точно, то можна
скористатися формулою (її називають 6 на 8 або японською):
[math]{{d}_{CP}}=\frac{{{d}_{H}}+6{{d}_{CP}}+{{d}_{K}}}{8}[/math];
(де [math]{{d}_{H}}[/math], [math]{{d}_{CP}}[/math] та [math]{{d}_{K}}[/math] осадка судна носом, на міделі і кормою).
Якщо судно має значний диферент, то необхідно для [math]{{d}_{H}}[/math] і [math]{{d}_{K}}[/math], які заміряні безпосередньо по маркам заглиблення, ввести поправки.
Порядок визначення поправок повинен бути приведений в «Інформації про остійність судна для капітана».
Розрахункова формула середня осадку судна:
[math]{{d}_{CPP}}={{d}_{CP}}-\delta[/math]:
(де [math]\delta[/math] – товщина горизонтального кіля).
Крен, зазвичай, повинен дорівнювати нулю. Якщо з якихось причин крен не дорівнює нулю, то він визначається кренометром.
Якщо є заміри осадок на міделі з правого і лівого бортів, то крен судна:
[math]{{\Theta }^{0}}=\frac{{{d}_{PrB}}-{{d}_{LB}}}{B}\times 57.3{}^\circ[/math];
(де де [math]B[/math] – ширина судна).
Цією формулою можна скористатися для визначення осадки судна по одному з бортів, коли відомі крен і осадка по другому борту.
[math]{{d}_{\Pr B}}={{d}_{LB}}+\frac{{{\Theta }^{0}}}{57.3}\times B[/math].
Диферент судна:
[math]t={{d}_{H}}-{{d}_{K}}[/math].
На судно, що плаває на спокійній воді, діють такі сили:
- тяжіння (ваги всіх складових маси судна);
- підтримки (гідростатичний тиск забортної води на підводну частину судна);
- упору рушія (сила, яка штовхає судно);
- опору руху судна.
Дві з цих сил (тяжіння і підтримки) – вертикальні. Сила упору рушія і сила опору руху судна – горизонтальні.
Сила опору руху судна – це горизонтальна складова рівнодіючої гідродинамічного тиску на корпус судна, який виникає при русі судна.
В розрахунках вважається, що швидкість судна така, що вертикальна складова рівнодіючої гідродинамічного тиску на корпус судна незначна і її не враховують.
Також вважається, що судно жорстке недеформоване тіло.
Три сили (тяжіння, підтримки і опору руху) тим або іншим чином розподілені по всьому судну. При розрахунках вони приводяться до рівнодіючих зі своїми координатами. В документації іноземних суден координату по довжині відраховують від кормового перпендикуляра, який проходить по осі баллєра руля.
Центр сил тяжіння називається центром мас судна і позначається буквою [math]G[/math] (gravity).
Координати центра мас позначаються:
- в російській і українській документації - [math]{{x}_{g}}[/math], [math]{{y}_{g}}[/math], [math]{{z}_{g}}[/math];
- в документації англійською мовою – [math]LCG[/math], [math]TCG[/math], [math]KG[/math].
Центр сил підтримки називається центром величини судна і позначається буквою [math]C[/math]. В іноземних «Інформаціях про остійність» центр
величини позначається буквою [math]B[/math] (buoyancy).
Центр сил підтримки знаходиться в центрі підводного об’єму судна.
Координати центра величини позначаються:
- в російській і українській документації – [math]{{x}_{c}}[/math], [math]{{y}_{c}}[/math], [math]{{z}_{c}}[/math];
- в англійській документації – [math]LCB[/math], [math]TCB[/math], [math]VCB[/math].
Силу упору рушія частіше всього позначають буквою [math]P[/math], силу опору руху
судна – буквою [math]R[/math].
Умова рівноваги судна в вертикальній площині:
[math]\Delta =\gamma V[/math] (закон Архімеда);
(де Δ – маса судна, [math]\gamma[/math] - густина води в [math]\frac{t}{{{m}^{3}}}[/math], [math]V[/math] - об’єм підводної частини судна);
Додатково [math]{{x}_{g}}[/math] = [math]{{x}_{c}}[/math], [math]{{y}_{g}}[/math] = [math]{{y}_{c}}[/math].
Умова рівноваги судна в горизонтальній площині:
[math]P=R[/math].
Випадки
З викладеного зрозуміло, що можуть існувати такі випадки:
[math]G\gt P[/math] - тіло тоне;
[math]G=P[/math] - тіло плаває в зануреному стані;
[math]G\lt P[/math] - тіло спливає і плаває на поверхні;
(де [math]P[/math] - підйомна сила).
При плаванні неоднорідного тіла в зануреному стані можливі такі три випадки рівноваги:
1) Стійка рівновага тіла (а);
2) Нестійка рівновага тіла (б);
3) Байдужа рівновага тіла (в).
Якщо центр ваги [math]C[/math] (рис. 1, а) буде нижчим точки [math]D[/math] центру водотоннажності, то рівновага
тіла є стійкою, оскільки пара сил [math]G[/math] і [math]P[/math] намагається повернути тіло в початкове
положення. Коли ж центр ваги розміщений вище центра водотоннажності (рис. 1, б), то рівновага є нестійкою; при виведені тіла
зовнішньою силою в рівновагу воно до початкового положення не повертається. Для однорідного тіла в зануреному стані центр
ваги [math]G[/math] і центр водотоннажності [math]D[/math]
збігаються, і тіло може перебувати в рівновазі у довільному положенні. Викладені висновки поширюються також і на плавання тіл
на поверхні.
Запас плавучості
Запас плавучості судна – це маса додаткового вантажу, який може прийняти судно аж до повної втрати плавучості.
Він визначається непроникним для води об’ємом судна вище вантажної ватерлінії.
Запас плавучості судна необхідний для забезпечення вимог до остійності. Окрім того запас плавучості необхідний для забезпечення непотоплюваності в разі попадання води всередину корпусу. Запас плавучості судна в першу чергу забезпечується висотою надводного борту.
Мінімальна висота надводного борту визначається в усьому світі однаково згідно з «Міжнародною конвенцією про вантажну марку» 1966 року в залежності від типу судна, його довжини, довжини надбудови і інших параметрів.
Посилання
Список використаних джерел
1. Гідравліка. Загальний курс - Львів: Світ, 1994. - 264 с. - ISBN 5-7773-0158-4
2. Будова та теорія водотонажних суден - Херсон: В. І. Прадюх, 2013. - 146 с.
