Остойчивость... Что это такое? Диалоги с капитаном - Ю. Л. Маков [2005, PDF]

Подробнее...

Данная книга рассчитана прежде всего на моряков промыслового и торгового флота, а также может быть использована специалистами береговых служб флота, штабов спасательных операций, оказывающих консультативную помощь судам, терпящим бедствие. Но она может быть полезна не только морякам.
У судостроителей и эксплуатационников разные задачи. Судостроители обязаны не только понимать физические основы поведения судна, но и уметь рассчитать различные мореходные качества численно. Так как эти расчёты обычно весьма трудоёмки, судостроители должны их сделать заранее и результаты привести 'в форме, удобной для логарифмирования' (как когда-то говорили в школе), то есть - дать морякам документ, удооныи для практического использования на судне.
Поэтому эта книга будет полезна студентам технических университетов и курсантам мореходных училищ, инженерам-кораблестроителям.
Книга написана на основе курса лекций, читавшихся автором студентам факультета "Судостроения и энергетики' Калининградского государственного технического университета, капитанам судов в Институте повышения квалификации руководящих работников и специалистов рыбного хозяйства. В книге использованы результаты многолетних работ автора и коллектива Отраслевой научно-исследовательской лаборатории мореходных качеств промысловых судов при КГТУ, опыт работы в Штабе спасательных операций "Калининградрыбпрома". многочисленные встречи и беседы автора с капитанами промысловых и транспортных судов.
Книга написана в форме диалога с воображаемым капитаном. Капитан в качестве оппонента показался автору предпочтительнее студента, так как он имеет практический опыт управления судном. (Хотя можно считать, что под буквой К" скрывается и ‘курсант’.) Многие его вопросы на самом деле задавались капитанами во время занятий. Некоторые вопросы придумал я, потому что на них у меня есть хороший, как мне кажется, ответ. Я старался не злоупотреблять использованием формул, хотя совсем без них обойтись не удалось. За кажущейся легкостью изложения скрываются иногда очень серьезные вещи. И хотя я стремился о сложном говорить просто, прочтение книги потребует некоторых усилий.
Остойчивость стоит того, чтобы с ней получше познакомиться, раз люди даже посвящают ей поэмы! (Поэму об остойчивости вы найдёте в конце книги.)
In the presented study-guule the basics of ship stability are described in a very simple and easily understood manner. Tho style ol description of the subject mattes is not usual. The mothod of a dialog between the authoi and an imagined ship master, is used which has been tested in the course of in service training in different fishing companies. The experience gained by the author enables him to accentuate the aspects of stability teaching which are especially difficult for understanding. And this is one of attractive features of the book. The book may be used not only as a study guide by students of technical universities and cadets of marine schools, but it may be used as a manual by navigators who the book is mainly targeted at. It is also useful tor naval architects nod specialists of shore based deep sea salvage services which rendei consulting services to •hips in disaster as well as to people of different professions who are interested in problems of sea-luring safety

СОДЕРЖАНИЕ

ПРЕДИСЛОВИЕ.........
ОТ АВТОРА.............9
1. ПЛАВУЧЕСТЬ И ПОСАДКА..........11
1.1. ЧТО ЖЕ НА САМОМ ДЕЛЕ ГОВОРИТСЯ В ЗАКОНЕ АРХИМЕДА?..............11
1.2. КАК БУДЕТ ПЛАВАТЬ ТЕЛО?...........13
1.3. КАК БУДЕТ ПЛАВАТЬ СУДНО?........15
1.4. ПРИЕМ МАЛОГО ГРУЗА....17
1.5. ИЗМЕНЕНИЕ ПОСАДКИ ПРИ ИЗМЕНЕНИИ СОЛЁНОСТИ ВОДЫ................19
2. ОСТОЙЧИВОСТЬ СУДНА. ОБЩИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ..............21
2.1. РАВНОВЕСИЕ И ОСТОЙЧИВОСТЬ...23
2.2. ТАК ЧТО ЖЕ ТАКОЕ ОСТОЙЧИВОСТЬ?...............23
2.3. ЧЕМ МОЖНО ИЗМЕРИТЬ ОСТОЙЧИВОСТЬ..........23
2.4. ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ЦЕНТРА ВЕЛИЧИНЫ. МЕТАЦЕНТРЫ...........24
2.5. ВОССТАНАВЛИВАЮЩИЙ МОМЕНТ.
ПЛЕЧО СТАТИЧЕСКОЙ ОСТОЙЧИВОСТИ.............26
2.6. ВОССТАНАВЛИВАЮЩИЙ МОМЕНТ И ПЛЕЧО СТАТИЧЕСКОЙ ОСТОЙЧИВОСТИ КАК МЕРА ОСТОЙЧИВОСТИ СУДНА.........28
2.7. ВИДЫ ДИАГРАММ СТАТИЧЕСКОЙ ОСТОЙЧИВОСТИ............29
2.8. ОСТОЙЧИВОСТЬ НА БОЛЬШИХ УГЛАХ КРЕНА И
НАЧАЛЬНАЯ ОСТОЙЧИВОСТЬ............31
2.9. МЕТАЦЕНТРИЧЕСКАЯ ВЫСОТА И
КОЭФФИЦИЕНТ ОСТОЙЧИВОСТИ СУДНА.............33
2.10. МЕТАЦЕНТРИЧЕСКИЕ ФОРМУЛЫ ОСТОЙЧИВОСТИ..33
2.11. РАВНОВЕСИЕ УСТОЙЧИВОЕ. БЕЗРАЗЛИЧНОЕ.
НЕУСТОЙЧИВОЕ...............34
2.12. КАК БУДЕТ ПЛАВАТЬ БРЕВНО?.......35
2.13. КАК БЕГЛЫЙ КАТОРЖНИК ПЕРЕПЛЫЛ БАЙКАЛ?.36
2.14. ГДЕ НАХОДИТСЯ ЦЕНТР ТЯЖЕСТИ ЧЕЛОВЕКА?..40
а ВЛИЯНИЕ ГРУЗА НА ОСТОЙЧИВОСТЬ.....41
3.1. ВЛИЯНИЕ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ГРУЗА НА ОСТОЙЧИВОСТЬ.......41
3.1.1. Перемещение груза по горизонтали поперек судна..........42
3.1.2 Перемещение груза по горизонтали вдоль судна...............43
3.1.3. Перемещение груза по вертикали....44
3.2. УНИВЕРСАЛЬНЫЕ ДИАГРАММЫ......45
3.2.1. Универсальная диаграмма статической остойчивости.. 45
3.2.2. Универсальная диаграмма динамической остойчивости. .46
3.3. ВЛИЯНИЕ ПОДВЕШЕННЫХ ГРУЗОВ НА ОСТОЙЧИВОСТЬ....48
3.4. ВЛИЯНИЕ ЖИДКИХ ГРУЗОВ НА ОСТОЙЧИВОСТЬ49
3.5. ВЛИЯНИЕ ПРИЕМА ГРУЗА НА ОСТОЙЧИВОСТЬ...54
4.
НАКРЕНЕНИЕ СУДНА ПОД ДЕЙСТВИЕМ КРЕНЯЩЕГО МОМЕНТА...............59
4.1. ОСТОЙЧИВОСТЬ СТАТИЧЕСКАЯ И ДИНАМИЧЕСКАЯ.............59
4.2. УРАВНЕНИЕ НАКРЕНЕНИЯ СУДНА..61
4.3. НАКРЕНЕНИЕ СУДНА ПОД ДЕЙСТВИЕМ СТАТИЧЕСКИ ПРИЛОЖЕННОГО МОМЕНТА ..62
4.4. ДЕЙСТВИЕ НА СУДНО ДИНАМИЧЕСКОГО МОМЕНТА64
4.5. КАКОЙ ВИД БУДУТ ИМЕТЬ ГРАФИКИ РАБОТ КРЕНЯЩЕГО И ВОССТАНАВЛИВАЮЩЕГО МОМЕНТОВ?................65
4.6. КАК БУДЕТ КРЕНИТЬСЯ СУДНО ПОД ДЕЙСТВИЕМ
ДИНАМИЧЕСКИ ПРИЛОЖЕННОГО КРЕНЯЩЕГО МОМЕНТА?....................67
4.7. Как происходит опрокидывание высокобортного
СУДНА ПОД ДЕЙСТВИЕМ ДИНАМИЧЕСКИ ПРИЛОЖЕННОГО КРЕНЯЩЕГО МОМЕНТА?...68
4.8. ДВИЖЕНИЕ СУДНА ПОД ДЕЙСТВИЕМ ИМПУЛЬСНОЙ НАГРУЗКИ.............69
4.9. КАК ВОЗНИКАЕТ КРЕНЯЩИЙ МОМЕНТ ОТ ДЕЙСТВИЯ ВЕТРА?...............70
4.9.1. ветер...............70
4.9.2. Действие ветра на судно...................71
4.9.3. Образование динамического кренящего момента.............72
4.9.4. Образование статического кренящего момента.................73
4.Ю. Как происходит накренение и опрокидывание
НИЗКОБОРТНЫХ СУДОВ ПОД ДЕЙСТВИЕМ ДИНАМИЧЕСКОГО
КРЕНЯЩЕГО МОМЕНТА?...7.5
4.11 ЧТО ТАКОЕ ПОТЕРЯ ОСТОЙЧИВОСТИ?...............78
5. НЕПОТОПЛЯЕМОСТЬ СУДНА.....79
5.1. КАТЕГОРИИ ЗАТАПЛИВАЕМЫХ ОТСЕКОВ..............-...........79
5.2. КОЭФФИЦИЕНТЫ ПРОНИЦАЕМОСТИ...................80
5.3. МЕТОДЫ РАСЧЁТА НЕПОТОПЛЯЕМОСТИ............80
5.3.1. Метод приёма груза, ипи метод
переменного водоизмещения...........80
5.3.2. Метод исключения, или метод
постоянного водоизмещения..............81
5.4. ПОВЕДЕНИЕ АВАРИЙНОГО СУДНА В ШТОРМОВОМ МОРЕ..82
5.5. СПРЯМЛЕНИЕ СУДНА.......84
6. ЧТО ТАКОЕ ХОРОШО И ЧТО ТАКОЕ ПЛОХО?
(ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ НОРМИРОВАНИЯ
ОСТОЙЧИВОСТИ И НЕПОТОПЛЯЕМОСТИ СУДНА).....87
6.1. Зачем понадобились какие-то нормы?......88
6.2. ЦЕЛИ НОРМИРОВАНИЯ....88
6.3. РАСЧЁТНЫЕ СИТУАЦИИ И КРИТЕРИИ.................90
6.4. ПРИНЦИПЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КРИТЕРИЕВ.............95
6.4.1. Физический подход.......96
6.4.2. Статистический подход.97
6.4.3. Смешанный метод........98
6.4.4. Вероятностный подход.199
6.5. ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ РАЗЛИЧНЫХ НОРМ
ОСТОЙЧИВОСТИ..............100
6.6. НОРМИРОВАНИЕ ОСТОЙЧИВОСТИ В ПРАВИЛАХ
РОССИЙСКОГО МОРСКОГО РЕ ГИСТРА СУДОХОДСТВА 106
6.6.1 Общие положения.......106
6.6.2 Нормирование остойчивости в
1старых' Правилах Регистра.109
6.6.3 Нормирование остойчивости в
"новых"правилах Регистра...............118
6.7. НОРМИРОВАНИЕ НЕПОТОПЛЯЕМОСТИ
(ДЕЛЕНИЕ СУДНА НА ОТСЕКИ)........124
6.7.1. Принципы, заложенные в нормирование непотопляемости...........124
6.7.2. Вероятностная оценка целения судов на отсеки................127
6.7.3. Требования к посадке и остойчивости повреждённого судна....130
7. ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ОСТОЙЧИВОСТИ И
НЕПОТОПЛЯЕМОСТИ...................133
7.1. ФОРМА ИНФОРМАЦИИ РОССИЙСКОГО МОРСКОГО
РЕГИСТРА СУДОХОДСТВА...............133
7.2. ОСНОВНЫЕ НЕДОСТАТКИ СУЩЕСТВУЮЩИХ ИНФОРМАЦИЙ...................136
7.3. ЕДИНАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ПОСАДКЕ И ОСТОЙЧИВОСТИ НЕПОВРЕЖДЁННОГО И АВАРИЙНОГО СУДНА......138
7.3.1. Разделение нагрузки судна на укрупнённые статьи...........138
7.3.2. Порядок прибма и расходования основных
судовых запасов, загрузки и разгрузки трюмов.................142
7.3.3. Упрощенный расчёт водоизмещения и
координат центра тяжести.................144
7.3.4. График безопасной загрузки судна..145
7.3.5. Критические возвышения центра тяжести...154
7.3.6. Предлагаемая методика расчёта Zgv.............163
7.4. АКОП • АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА
КОНТРОЛЯ ОСТОЙЧИВОСТИ И ПОСАДКИ СУДНА164
7.5. ОПЕРАТИВНЫЙ КОНТРОЛЬ ОСТОЙЧИВОСТИ......166
7.6. ОЦЕНКА НАЧАЛЬНОЙ ОСТОЙЧИВОСТИ
ПО ПЕРИОДУ СОБСТВЕННЫХ КОЛЕБАНИЙ..........167
7.6.1. Вычисление момента инерции массы судна..169
7.6.2. Вычисление инерционного коэффициента
при произвольной нагрузке "точным"способом.................171
7.6.3. Вычисление инерционного коэффициента
при произвольной нагрузке "приближённым ‘ способом...Л 74
7.6.4. Универсальная номограмма для определения инерционного коэффициента............175
7.6.5. Определение периода собственных колебаний..................177
7.7. КРИТИЧЕСКАЯ МЕТАЦЕНТРИЧЕСКАЯ ВЫСОТА...180
7 8. КРИТИЧЕСКИЕ ПЕРИОДЫ СОБСТВЕННЫХ КОЛЕБАНИЙ....181
7.9. ОПЫТ КРЕНОВАНИЯ.........182
7.10. ОПЫТ ВЗВЕШИВАНИЯ СУДНА....185
8. ОСТОЙЧИВОСТЬ СУДНА В РАЗЛИЧНЫХ УСЛОВИЯХ ПЛАВАНИЯ...............187
8.1. ЧТО ГОВОРИТ СТАТИСТИКА...........187
8.2. ДВИЖЕНИЕ СУДНА ЛАГОМ К ВОЛНЕНИЮ............191
8.3. ДВИЖЕНИЕ СУДНА НА ПОПУТНОМ ВОЛНЕНИИ...193
8.4. ОСТОЙЧИВОСТЬ СУДОВ ПРИ ЗАЛИВАНИИ
ПАЛУБНОГО КОЛОДЦА.....195
8.5. ВЛИЯНИЕ ОБЛЕДЕНЕНИЯ НА ОСТОЙЧИВОСТЬ СУДОВ......198
8.6. ВЫБОР КУРСА И СКОРОСТИ ХОДА СУДНА НА ВОЛНЕНИИ.215
8,7- ОСТОЙЧИВОСТЬ СУДОВ ПРИ ДЕФОРМАЦИИ КОРПУСА..........219
8.8. ОСТОЙЧИВОСТЬ СУДОВ В РЕМОНТЕ...................222
9. СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТЬЮ СУДНА..225
9.1. ФОРМАЛЬНАЯ ОЦЕНКА БЕЗОПАСНОСТИ СУДНА.225
9.2. ЧТО ТАКОЕ МКУБ?...........226
9.3. СТРУКТУРА МКУБ.............229
9.4. ЛИСТ ОПРОСА..................230
10. СИСТЕМЫ ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА
В ЗАДАЧАХ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ МОРЕПЛАВАНИЯ.................235
10.1. ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЙ ПОМОЩНИК СУДОВОДИТЕЛЯ..... .........235
10.2. ОСОБЕННОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ И СТРУКТУРА ИС.............. ........238
10.3. ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА И ОПЕРАЦИИ. ВЫПОЛНЯЕМЫЕ ИС......... .........240
10.4. ПРИОБРЕТЕНИЕ И ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ЗНАНИЙ В ИС... .........241
10.5. МЕТОДЫ И МОДЕЛИ. АДАПТИВНЫЕ АЛГОРИТМЫ....... ........244
10.6. ИНТЕРФЕЙС ‘СУДОВОДИТЕЛЬ - ИС*................. ..........246
10.7. НАТУРНЫЕ ИСПЫТАНИЯ ИС... ........253
10.8. ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ИС. ........254
11.1.1. Текущее состояние нагрузки............259
11.1.2. Приём груза...260
11.1.3. Перенос груза вдопь судна...............261
11.1.4. Перенос груза с борта на борт.........262
11.1.5. Приём груза с берега на палубу.......262
11.2. ПРОВЕРКА ОСТОЙЧИВОСТИ СУДНА
КА УДОВЛЕТВОРЕНИЕ ТРЕБОВАНИЯМ НОРМ.....-..................265
11.3. ПОСТРОЕНИЕ ДСО СУДНА. СИДЯЩЕГО НА РОВНЫЙ КИЛЬ
И С ДИФФЕРЕНТОМ..........265
11.3.1. Судно сидит на ровный киль.............266
11.3.2. Учёт фактического дифферен та.......266
11.4. РАСЧЁТЫ ПРИ ПОСТАНОВКЕ СУДНА В ДОК........268
11.4.1. Оценка остойчивости судна при постановке в док.............268
11.4.2. Удифферентовка судна при постановке в док270
11.5. Расчёты при посадке судна на грунт или камень...271
11.5.1. Определение реакции грунта и точки её приложения........271
11.5.2. Определение массы и абсциссы ЦТ груза.
при снятии которого судно всплывёт над грунтом..............273
11.5.3. Определение массы груза, который необходимо снять, чтобы стянуть судно с грунта............273
11.5.4. Определение дифферентующего момента от перемещения грузов, необходимого для всплытия
судна над камнем..........274
11.5.5. Оценка начальной остойчивости судна на камне...............275
11.6. РАСЧЁТ ПОСАДКИ И ОСТОЙЧИВОСТИ ПРИ
ЗАТОПЛЕНИИ ОТСЕКА......277
Затоплен отсек первой категории.. .................277
Затоплен отсек третьей категории. .................281
Спрямление крена судна..
12. ЛИТЕРАТУРА,...........и.—.........235
13. ПРИЛОЖЕНИЯ..........287
Поэма об остойчивости

ПРЕДИСЛОВИЕ

Остойчивость — одно из важнейших мореходных качеств. Сохранение и поддержание остойчивости является определённой гарантией безопасности судна. Потеря остойчивости — опрокидывание — тяжелейшая авария, которая, как правило, сопровождается гибелью судна и экипажа. Многочисленные аварии судов от опрокидывания часто свидетельствуют о недостаточном внимании к проблеме остойчивости со стороны судоводителей. Это объясняется многими причинами, главная из которых состоит в сложности самой проблемы. трудности понимания физических закономерностей, лежащю в основе учения об остойчивости.
Характеристики остойчивости не поддаются визуальному контролю. Поэтому часто судоводители даже не представляют грозящей опасности буквально до последних секунд перед опрокидыванием.
Особенно важна проблема остойчивости спя супов малого водоизмещения, и в первую очередь — для малых промысловых супов. Размеры и скорости таких супов соизмерю*.» с размерами и скоростями набегающих волн, а их относительные скорости хода соответствуют диапазону достаточно высоких чисел Фруда. Большие изменения нагрузки судов в море зависят от случайностей промысловой обстановки, а их архитектура и особе»*ю необычые геометрические характеристики элементов формы корпуса создают дополнительные трусости при оуеже реальных ситуаций, связанных с ухудшением остойчивости.
В печати появилось несколько интересных книг по теории остойчивости. Предлагаемая вниманию читателей книга известного специалиста в области теории корабля Ю Л. Макова займёт среди них достойное место. Она почти не пересекается с имеющимися изданиями и написана совсем в другом стиле. Это не монография и не учебник, а скорее путеводитель в удивительный мир, связанный с особенностями остойчивости — одного из сложнейших и трудно поддающихся оценке в условиях эксплуатации мореходных качеств. Популярно излагая основные идеи и часто апеллируя к физической интуиции, автор книги иллюстрирует основные подходы и методы анализа на большом числе хорошо подобранных примеров. Чтобы осознать идеи, заложенные в книге, её надо изучить от начала и до конца тогда станет ясна цепь книги и её практическое приложение.
Прекрасно понимая, что в реальных условиях эксплуатации никакой математический аппарат не может дать строгого результата из-за неполноты и неопределённости исходной информации, автор книги уделяет большое внимание физической сущности рассматриваемых явлений и закономерностей изменения остойчивости. Именно в этих условиях, часто при остром дефиците времени, капитан должен правильно оценить ситуацию и принять обоснованные решения по обеспечению остойчивости.
Книга Ю. Л. Макова — попытка в простой и наглядной форме, доступной широкому кругу судоводителей, имеющих различную подготовку в области теории корабля, довести до них общие сведения учения об остойчивости. Манера изложения предмета оригинальна. Автор использует подход в форме диалога с капитаном. апробированный во время проведения занятий в Институте повышения квалификации. Накопленный опыт позволяет автору расставить правильные акценты на тех аспектах учения об остойчивости, которые наиболее трудно воспринимаются аудиторией. В этом состоит одна из привлекательных особенностей книги.

ОТ АВТОРА_

Нынешнее состояние нашего флота оставляет желать много лучшего. Среди прочих бед — катастрофическое старение флота. А это значит, что на одно из первых мест выдвигается
проблема безопасности ппаввппп. По денным ИМО (Международная морская организация) примерно в 80% аварий судов всё решал "человеческий фактор".
Несколько лет тому назад мне пришлось в соответствии с представлением Западной транспортной прокуратуры проводить занятия с капитанами на курсах повышения квалификации в ВИПК И вот здесь выяснилось, что многие капитаны недостаточно разбираются в вопросах остойчивости, не знают свойств своего судна. Так было на теплоходе “Сырое', когда были нарушены вез требования к остойчивости, и капитан сам толкал судно на грань гибели. Так было и на ‘Балтийских зорях', когда капитан, желая спасти судно, выбросился на риф, не осознавая, что судну в этом состоянии ничто не угрожало, а остойчивость его была вполне достаточной, хотя у него и был затоплен отсек.
Судовладельцы несут колоссальные убытки.
Книга, которую Вы сейчас держите в руках, появилась на свет благодаря многочисленным просьбам капитанов.
Я убежден, что формального выполнения требований различных инструкций, уставов и т.п. недостаточно для грамотной безаварийной эксплуатации судна или ведения борьбы за его спасание. Между тем. многолетнее общение автора с судоводителями и судомеханиками показывает, что многие из них не понимают физических основ поведения их судна в море. У ряда моряков существует слепая вера в непогрешимость их расчетов, в частности, остойчивости судна. Они совершенно не дают себе отчет в том, что при разработке схем таких расчетов могли быть заложены существенные допущения, которые в ряде случаев могут просто обесценить конечный числовой результат.
Предлагаемая Вашему вниманию работа ставит целью помочь судоводителям, командному составу судна понять физические основы поведения судна в море в различных условиях плавания. Это позволит более грамотно, осмысленно, экономически эффективно и безопасно вести эксплуатацию судна.
Я хочу выразить искреннюю благодарность всем рецензентам, взявшим на себя труд ознакомиться с рукописью книги. Их замечания и советы во многом способствовали улучшению содержания. Особая моя благодарность Валентину Павловичу Шупику. В прошлом он — капитан дальнего плавания, а сейчас — доцент кафедры промышленного рыболовства нашего университета. Он смотрел на эту книгу и глазами капитана, и глазами преподавателя. Наши многочисленные жаркие дискуссии привели к тому, что в книге появились новые разделы, а некоторые из старых подверглись корректировке
Я надеюсь пригласить капитана совместно поразмышлять о свойствах его судна, понять, надо ли производить в том или ином случае какие-либо расчеты (на многие практические вопросы можно ответить, не делая никаких расчетов), и если надо, то почему их делать так. а не иначе, и как интерпретировать полученные результаты.
В добрый путь I

ПЛАВУЧЕСТЬ И ПОСАДКА

Автор; Что такое “Плавучесть судна”?
Капитан: Плавучесть — это... способность судна плавать.
А: Совершенно верно. Как пишут в учебниках: “Плавучесть — это способность судна плавать в положении равновесия на поверхности воды, неся на себе все положенные по его роду службы грузы"*.
Кстати, а почему железное судно плавает на поверхности воды, а железный топор — тонет?
К; Ну, это просто! Все зависит от плотности (или удельного веса) материала.
А: Но ведь и судно, и топор - железные и плотность материала одинакова.
К: Да, но объем, занимаемый ими, разный. И вообще про это говорил еще Архимед.
А: Ну и что же он говорил? Что вы помните об Архимеде, кроме того, что он сидел в ванне и кричал “Эврика!"? В чем суть закона Архимеда?
К: ’’Всяко тело, впэртэ в воду, выперае на свободу!"
А: А если серьезно?
К: А если серьезно, то “на погруженное в жидкость тело действует выталкивающая сила, равная весу вытесненной жидкости”.
А: Это все?
К: Да, кажется, все... Хотя нет. Там что-то еще вроде “равнодействующая сип давления равна весу вытесненной жидкости и приложена в центре тяжести вытесненного объема". В теории корабля он называется центром величины.
А: Вы уверены, что равнодействующая приложена в центре тяжести подводного объема?
К: Да, конечно.
А: А хотите, я докажу, что это не так?
К: Попробуйте.
* В рамках ‘Статики" мы будем рассматривать судно без хода или считать, что его скорость настолько мала, что силами гидродинамической природы можно пренебречь, хотя при больших скоростях они могут оказывать существенное влияние и на посадку, и на остойчивость.
iO Маков 'Остойчмвосгь... Что это такое? (Циалогм с капитаном)' 11
ГЛАВА 1. ПЛАВУЧЕСТЬ И ПОСАДКА
1.1. ЧТО ЖЕ НА САМОМ ДЕЛЕ ГОВОРИТСЯ В ЗАКОНЕ АРХИМЕДА?
Рис. 1.1 Реальный и схематичный ооводы шпангоута
Рис. 1.2 Упрощенный обвод судна
А: Пусть судно имеет форму цилиндра с обводами мидельшпангоута. Согласны ли вы, что криволинейный обвод шпангоута можно заменить ломаными линиями? Если их отрезки выбрать очень малыми, то и получится
реальный обвод (рис. 1.1). Поэтому достаточно рассмотреть один такой плоский участок, чтобы понять, что будет со всем судном.
Как известно из физики (или, если хотите, из гидромеханики), давление воды направлено по нормали к поверхности. Поэтому вертикальные, плоские участки обшивки дадут горизонтальную силу давления и силы поддержания они не создадут. Давайте рассмотрим упрощенный обвод судна, как на рис. 1.2. Не возражаете?
К: Нет, пожалуйста.
А: Где находится центр тяжести этого подводного объема?
К: Ну, если его сечение - треугольник, то в центре тяжести этого треугольника, а это на 1/3 осадки от ватерлинии (точка С на рис. 1.3). И в ней приложена сила поддержания yV.
Так утверждает Архимед.
А: Это — в вашей интерпретации. Будем рассуждать дальше. Но прежде я хочу обратиться к вам с просьбой: следите за моими рассуждениями! И сейчас, и в дальнейшем. И как только с чем-то будете не согласны, сразу же останавливайте меня. Я иногда могу сознательно вводить вас в заблуждение правдоподобными рассуждениями, чтобы проверить вашу бдительность.
Итак, продолжим. Известно, что величина гидростатического давления выражается следующей формулой:
ГЛАВА 1. ПЛАвУчеСГЬ И ПОСАДКА
воды. Тогда p=yh и эпюра избыточного давления воды на днище будет выглядеть, как на рис. 1.4.
Заменим распределенные по днищу сипы давления равнодействующими, рис. 1.5.
В теоретической механике доказывается, что в твердом теле силу можно переносить по линии ее действия и от этого ничего не изменится. Перенесем эти равнодействующие силы по линии их действия в т. А, рис. 1.6*.
Сложим их по правилу параллелограмма.
Вот вам и равнодействующая сил поддержания, которая “приложена” в точке А, а она находится вообще вне подводного объема.
Ну, что скажете?
К: Но вы же сами напомнили, что в твердом теле, а судно — тело твердое, силу можно произвольно переносить по линии ее действия. Эта сила идет вертикально, значит, она пройдет и через точку С!
А: Все правильно. Равнодействующая силы поддержания проходит через центр величины. Я прицепился к вашему слову "приложена”. Приложены силы давления воды к обшивке, а их равнодействующая проходит через центр величины. Будем изображать ее, как на рис. 1.7.
Напоминание
Вернемся к формулировке закона Архимеда. Ваша формулировка не совсем полная. На самом деле этот закон формулируется примерно так:
Тело, погруженное в жидкость, теряет в весе столько, сколько весит вытесненная им жидкость.
Сила поддержания жидкости направлена по вертикали вверх и проходит через центр тяжести погруженного объема тела.
Свободно плавающее в жидкости тело будет находиться в равновесии, если сила поддержания жидкости будет равна весу тела, а центр тяжести тела и центр тяжести его погруженного объема будут находиться на одной вертикали.
. А: Понятны ли вам эти формулировки?
К: Да, понятны.
А: Ну, хорошо. Попробуем рассмотреть такой пример.
1.2. КАК БУДЕТ ПЛАВАТЬ ТЕЛО?
А: Если взять какое-нибудь тело и бросить его в воду, а его плотность меньше плотности воды, то тело будет плавать в каком-то положении. А если его бросить еще и еще раз? Это положение каждый раз будет одним и тем же?
* В ‘Статике' судно рассматривается как абсолютно твёрдое тело. Это очередное допущение, однако, как показывает практика, учет деформаций корпуса при изучении мореходных качеств, существенно успожняя расчёты, не повышает их точности, и уж тем более не вносит качественных изменений в их результаты
К: Да.
А: А каким? Вот, например, цилиндрическое тело с поперечным сечением, показанным на рис. 1.8. Допустим, его плотность в два раза меньше плотности воды. Тогда над водой и под водой будет по половине площади его поперечного сечения. Проведите на глаз ватерлинию, по которую оно будет плавать.
К: Надо знать, где будет находиться центр тяжести этого тела.
А: Ну, например, в точке G, рис. 1.9. Если я осторожно погружу это тело до ватерлинии W,LU при которой площадь поперечного сечения тела выше ватерлинии равна площади поперечного сечения ниже ватерлинии, и отпущу руки, оно останется в этом положении (рис. 1.10)?
К: ...?
А: А будет это положение положением равновесия? Что по этому поводу “говорил" Архимед?
К: Он говорил, что сила поддержания должна быть равна силе веса, а центр тяжести и центр величины находиться на одной вертикали. Силы у нас равны, так как равны площади сечения под и над ватерлинией. Давление воды направлено по нормали к поверхности тела, рис. 1.11. Центр величины находится примерно в точке С. Так как центр величины и центр тяжести не находятся на одной вертикали, то у нас появится пара сил, которая создаст момент и будет поворачивать тело по часовой стрелке, (рис. 1.12).
Тело будет последовательно поворачиваться, как показано на рис. 1.13 - рис. 1.14, до тех пор, пока точки G и С не окажутся на одной вертикали (рис. 1.15). При повороте тела точка С будет менять свое положение, а точка G остается на месте.
А: Великолепно! А теперь применим это к судну. Как оно будет плавать при определенном водоизмещении D и положении центра