Физика /1.Теоретическая физика

К.п.н. Мищик С.А.

Государственный морской университет имени адмирала Ф.Ф.Ушакова ,

Россия

Системность статической прикладной физики

морского флота

Системность статической прикладной физики морского флота проявляется в применении действий системного анализа. Базисной характеристикой статических качеств является плавучесть судна — способность плавать по определенную осадку при заданном количестве находящихся на нем грузов.

На плавающее судно вертикально вниз действуют силы тяжести, пропорциональные нагрузке масс судна, а вертикально вверх — силы гидростатические, пропорциональные массе вытесненной воды. Результирующая сила тяжести Р равна сумме сил тяжести самого судна и всех грузов, находящихся на нем, приложена в центре тяжести (ЦТ) судна в точке G и всегда направлена вертикально вниз. Результирующая гидростатических сил, определяемых давлением воды на поверхность судна, приводится к вертикальной силе γV, направленной вверх и является силой поддержания, или силой плавучести. По закону Архимеда, водоизмещение, плавающего тела равно массе вытесненной им воды: P=γV или D = ρV, где V — объем подводной части судна. Cила поддержания γV приложена в центре тяжести подводного объема — точке С, которая служит центром величины (ЦВ). Объем V является объемным водоизмещением и есть мера плавучести.

Объемное водоизмещение, а также координаты центра величины С определяют по теоретическому чертежу методом трапеций в табличной форме. Вычисления начинают с определения площади шпангоутов. С этой целью площадь каждого шпангоута разбивают следами ватерлиний на n-е число участков, и криволинейные кромки заменяют прямыми. Расчеты будут тем точнее, чем большее число ватерлинии проведено. Площадь шпангоута определяется как удвоенная сумма площадей трапеций, вписанных в этот шпангоут. На прямой в определенном масштабе отмечают теоретические шпангоуты, восстанавливают перпендикуляры и на них также в масштабе отмечают соответствующие площади шпангоутов. Полученные точки соединяют плавной линией, которая характеризует изменение площади поперечного сечения судна по длине и являются строевой по шпангоутам. Если найти площадь фигуры, ограниченной строевой по шпангоутам, то она будет равна объемному водоизмещению судна. Площадь строевой по шпангоутам определяется так же, как и площадь шпангоутов.

Для обеспечения безопасности плавания каждое судно должно обладать запасом плавучести. Под запасом плавучести понимается количество грузов, которое судно может принять сверх находящихся на нем до полного погружения. Мерой запаса плавучести служит объем надводной непроницаемой части судна от действующей ватерлинии до верхней палубы, имеющей водонепроницаемые закрытия. Обычно запас плавучести составляет 30-50% водоизмещения, на танкерах 15-25%, на пассажирских судах до 100%.

Следующей базисной характеристикой статических проявлений является остойчивость, которая проявляется в способности судна, отклоненного от положения равновесия, возвращаться к нему после прекращения действия сил, вызвавших отклонение. Наклонения судна в поперечной плоскости является креном, а в продольной дифферентом.

Начальная остойчивость определяется если судно под действием внешнего кренящего момента М_КР получит крен на угол θ, то, вследствие изменения формы подводной части судна, центр величины С переместится в точку С₁. Сила поддержания γV будет приложена в точке C₁ и направлена перпендикулярно к действующей ватерлинии WL₁. Точка М находится на пересечении диаметральной плоскости с линией действия сил поддержания и является поперечным метацентром. Сила тяжести судна Р остается в центре тяжести G. Вместе с силой γV она образует пару сил, которая препятствует наклонению судна кренящим моментом М_КР. Момент этой пары сил является восстанавливающим моментом М_В. Величина его зависит от плеча ℓ=GK между силами тяжести и поддержания наклоненного судна: M_В = Pℓ=Ph sin θ, где h — возвышение точки М над ЦТ судна G, является поперечной метацентрической высотой судна.

Литература:

Л. Р. Аксютин и др. Справочник капитана дальнего плавания. М.: Транспорт, 1988. – С.248