Что такое остойчивость (Морозов) - страница 2
Устойчивость твердого тела.
На примере кантования ящика наглядно показана роль плеча L – расстояния от ЦТ ящика до точки, вокруг которой производится поворот. Низкий и широкий ящик (1) кантовать труднее, чем узкий и высокий того же веса Р (2); плечо L › L1, угол поворота α › α1.
Этот простой закон действителен и для плавающего судна, но здесь дело осложняется тем, что вместо твердой поверхности опорой для «переворачиваемого» судна служит вода. В принципе, как и в только что описанном случае, остойчивость судна определяется его весом и плечом – взаимным расположением точек приложения двух сил.
Одна из них – это и есть вес, т. е. сила тяжести, приложенная в центре тяжести судна (ЦТ) и всегда направленная вертикально вниз.
Другая – сила плавучести или сила поддержания. По закону Архимеда для плавающего судна эта сила по величине равна силе тяжести, но направлена вертикально вверх. Точка приложения равнодействующей сил поддержания и есть точка опоры судна! Находится эта точка в центре погруженного в воду объема корпуса и называется центром плавучести или центром величины (ЦВ).
Когда судно свободно плавает в прямом положении, ЦВ всегда находится на одной вертикали с ЦТ, а действующие на судно равные и противоположно направленные силы уравновешены. Но вот на судно начали действовать кренящие силы. Это не обязательно перемещение пассажиров; это может быть порыв ветра или, если речь идет о яхте, просто давление его на паруса, крутая волна, рывок буксирного троса, центробежная сила на крутой циркуляции, подъем купальщика из воды через борт и т. п. и т. д.
Действие момента этой кренящей силы, т. е. кренящего момента, наклоняет – кренит судно. При этом ЦТ судна положения не меняет, если, конечно, это не тот самый «васюкинский» случай и на судне нет таких грузов, которые могут переместиться в сторону наклона. Поскольку и при крене судно продолжает плавать, т. е. продолжает действовать закон Архимеда, увеличению погруженного объема со стороны входящего в воду борта соответствует равное уменьшение погруженного объема с противоположного, выходящего из воды борта. Не будем забывать: вес судна от действия кренящего момента не изменяется; следовательно, и общая величина погруженного объема должна остаться неизменной!
Взаиморасположение точек приложения равнодействующих сил тяжести (ЦТ) и сил поддержания (ЦВ).
1 – плавающее судно не имеет крена. Силы тяжести и поддержания взаимоуравновешены, ЦТ и ЦВ расположены в диаметральной плоскости судна;
2 – при крене под действием каких-то внешних сил (светлая стрелка слева) в воду вошел дополнительный объем (заштрихован), ЦВ сместился в новое положение, образовался восстанавливающий момент сил; судно сохраняет остойчивость.