• Stabilitatea ambarcatiunilor - dinamica unui caiac inundat


    Pentru ca am facut un comentariu privind stabilitatea caiacelor inundate am simtit nevoia sa teoretizez putin discutia si, desi nu sint neaparat un tip tehnic, am "produs" chestia de mai jos, impreuna cu explicatiile aferente. Orice comentariu este bine venit, cu exceptia celor privind talentul la desen al autorului.

    Avem deci figura 1, in care WL este linia de plutire initiala, B este centrul de carena initial, in care actioneaza forta de plutire. Forta de greutate actioneaza in centrul de greutate G. In conditia initiala de echilibru forta de plutire este egala cu forta de greutate si actioneaza amindoua pe aceeasi axa, dar in sensuri contrare.

    La inclinarea ambarcatiunii cu unghiul a, centrul de greutate ramine in G, dar centrul de carena se muta in Ba datorita formei ambarcatiunii. Forta de greutate va actiona in continuare perpendicular pe linia de plutire WaLa, la fel ca si forta de plutire. Cele doua nu mai actioneaza insa pe aceeasi axa, fiind paralele. Distanta dintre ele este egala cu GZ. In acest fel apare un moment de redresare RM = GZ*D (D = deplasamentul ambarcatiunii).
    Momentul este egal cu forta (deplasamentul = greutatea din conditia de plutire) inmultita cu bratul fortei (distanta GZ).
    Punctul M in care se intersecteaza cele doua axe pe care actioneaza fortele de plutire B si Ba, se numeste metacentrul transversal. Distanta GM este inaltimea metacentrica transversala. Pentru unghiuri mici de inclinare GZ = GM*sin a.
    Distanta BM se calculeaza cu formula BM = I/V, unde I este momentul de inertie al suprafetei de plutire (m^4), iar V este volumul de apa deslocuit (m^3). Daca presupunem ca suprafata de plutire este un dreptunghi de lungime L si de latime l, atunci I=(L*l^3)/12. Deci distanta BM variaza direct proportional cu latimea ambarcatiunii. Aceasta este stabilitatea de forma a ambarcatiunii.

    In cazul in care adaugam lest, punctul G va fi situat mai jos, distanta GM creste, ceea ce inseamna ca si GZ (bratul momentului de redresare) creste, deci momentul de redresare va fi mai mare. Aceasta cu conditia ca lestul sa fie fixat pe corpul ambarcatiunii si sa nu se miste ca urmare a inclinarii.

    Pentru ambarcatiunile mici (caiace sau barci) greutatea echipajului este foarte importanta pentru mentinerea stabilitatii. In urma inclinarii barcii la babord echipajul se va inclina (sau se va muta) catre tribord, rezultind situatia din figura 2, in care centrul de greutate este deplasat in G'. Distanta G'Z' = G'M*sin(a+a'), bratul momentului de redresare fiind astfel mult mai mare. Aceasta situatie este dusa la extrem in cazul iolelor sportive la care echipajul iese "in trapez" pentru a stabiliza barca in cazul unui vint de travers.

    In cazul unui lest lichid (apa) care nu face corp comun cu barca pentru ca are o suprafata libera, apare situatia din figura 3, unde se observa ca, dupa ce inaltimea metacentrica a crescut in faza initiala (prin coborirea centrului de greutate), bratul momentului de redresare scade in urma inclinarii (G’Z’ = G’M*sin a’ , a’<a), ca urmare a deplasarii centrului de greutate spre bordul in care se inclina barca. Fenomenul este dinamic si se amplifica in urma oscilatiei barcii. Ca urmare, momentul de redresare va fi tot mai mic iar unghiurile de inclinare din ce in ce mai mari ca urmare a unei serii de oscilatii. Aceasta va duce in cele din urma la rasturnare. La ambarcatiuni mici echipajul poate contracara acest efect , dar numai pina la un punct si in orice caz mai greu decit daca acea suprafata libera nu ar exista.

    Variatia momentului de redresare (sau mai precis a bratului GZ) in functie de unghiul de inclinare se poate reprezenta grafic rezultind curba (sau diagrama) stabilitatii statice. Curba M din figura 4. Maximul acestei curbe reprezinta de obicei unghiul de inclinare la care intra puntea in apa. Unghiul maxim pentru care curba este pozitiva reprezinta unghiul maxim de inclinare de la care barca mai poate reveni pe chila dreapta. Bineinteles ca asta nu se aplica la caiace (in caz de esckimo roll) sau la barci deschise care se inunda dupa intrarea copastiei in apa.

    Pentru a studia momentul de redresare din punct de vedere dinamic se studiaza lucrul mecanic al fortelor care produc inclinarea comparativ cu lucrul mecanic al fortelor de redresare. Curba L din figura 4.

    Cu ajutorul acestor curbe se poate studia comportarea ambarcatiunii sub diferite forte de inclinare, constante sau variabile. De aici se poate face o discutie intreaga privind clasificarea ambarcatiunilor in functie de diferite proprietati ale acestor diagrame.

    Un post despre asa ceva a fost aici: http://www.barcaholic.ro/f9/alekstar-25e-314.html
    Cele doua barci comparate acolo (Contessa si Grimalkin) au participat la faimoasa Fastnet Race din 1979, in urma careia s-au schimbat regulile de clasificare privind yacht-urile off shore. Detalii aici: 1979 Fastnet race - Wikipedia, the free encyclopedia
    De asemenea, comparatia apare in “Seaworthiness, the Forgoten Factor” : https://www.dropbox.com/s/e0uiuild0s...rchaj.pdf?dl=0

    Imi pare rau ca nu stiu mai multe despre caiace, pentru ca de fapt de acolo a pornit discutia.

    Bibliografie:
    Metacentric height - Wikipedia, the free encyclopedia
    https://www.dropbox.com/s/vobj88n375...l%201.DOC?dl=0







    Acest articol a fost publicat iniţial în topicul: Stabilitatea unui caiac inundat iniţiat de CrocodiluDiluDilu Vezi postul original