Глава 1. Плавучесть

§ 11. Условия плавучести и равновесия судна

Плавучестью называется способность судна держаться на воде (плавать) в оп-ределенном положении относительно поверхности воды. Что позволяет судну не только держаться на воде, но и перевозить пассажиров и грузы?

Если мы возьмем металлическую пластину и опусти ее в воду, то она, естественно, утонет. Но если мы придадим этой же пластине форму, например, лодочки, то она, воз-можно, останется на поверхности воды. Что же произошло? Ведь вес пластины остался прежним, но она обрела плавучесть, т.е. способность держаться на воде? Все дело в том, что мы изменили форму пластины, а с ней и силу, которая держит ее на воде.

Еще древнегреческий мыслитель Архимед, живший в 3 веке до нашей эры, сфор-мулировал закон, который позволяет не только объяснить, почему суда не тонут, но и рас-считать ту силу, которая держит тела на поверхности воды. Закон Архимеда гласит:

• На тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила, равная весу вытесненной телом жидкости.

Иными словами, для того, чтобы определить выталкивающую силу, достаточно знать удельный вес жидкости и объем вытесненной воды. В случае с пластиной мы не из-менили ее вес, не изменили ее собственный объем, а изменили объем вытесняемой воды.

Если судно находится на спокойной воде, на него действуют силы веса самого суд-на и его составляющих, в том числе груза, и силы поддержания. Вес судна распределен по всей длине судна неравномерно, все зависит от расположения деталей и устройств суд-на, а также от места расположения перевозимого груза. Силы поддержания тоже распре-делены по длине судна, а не направлены в одну точку. Расчеты навигационных качеств судна в теории корабля основываются на том, что действие распределенной нагрузки за-меняется равнодействующей, приложенной в точке. Величина этой равнодействующей равна суммарной нагрузке.

Равнодействующая сил веса Р направлена вертикально вниз и приложена в точку G, которая называется центром тяжести. Центр тяжести судна – это точка абсолютного равновесия судна. Ее положение зависит от величины веса судна и грузов, а также от рас-положения этих весов по судну. То есть, положение этой точки не постоянное, а меняется в процессе эксплуатации судна.

Силы веса уравновешивается силами поддержания, равнодействующая которых D приложена в точку C, которая называется центром величины, и направлена вертикально вверх. Центр величины судна определяется, как геометрический центр тяжести погружен-ной части корпуса судна, поскольку силы поддержания определяются по закону Архимеда объемом погруженной части корпуса судна, которая называется водоизмещением. И, сле-довательно, положение этой точки зависит от формы погруженной части корпуса.

Судно будет находиться на поверхности воды в равновесии, если силы веса и под-держания будут равны, противоположно направлены по одной прямой, т.е., будут выпол-нены следующие условия:

Р = D ;

xg = xc ;

yg = yc = 0

(18)

Эти выражения и представляют собой условия равновесия плавающего судна.

Первая строка является математической записью закона плавучести, который гла-сит:

• Всякое тело, плавающее на поверхности воды, весит столько, сколько весит вытесненная им вода

Если обозначить удельный вес воды через γ, то закон Архимеда можно записать следующим образом:

D = γV

(19)

где D – сила поддержания или весовое водоизмещение судна в тоннах;

V – водоизмещение судна в м³;

γ – удельный вес воды в т/м³. При расчетах плавучести принимают :

для пресной воды………………………….1,000 т/м³.

для морской воды………………………….1,025 т/м³.

Это выражение (19) иногда называют уравнением плавучести.

Вес плавающего судна, или его весовое водоизмещение, представляет собой сумму весов конструкций, механизмов, оборудования, перевозимого груза, топлива и т.д. Часть весов зависит от водоизмещения, другая часть – нет.