По законам физики
Выясним еще одно важное понятие — запас плавучести.
Из уравнения плавучести следует, что водоизмещение судна прямо связано с его осадкой. Осадка это лишь погруженная в воду часть высоты борта. Значит, чем выше другая, надводная часть борта, тем больше можно увеличить осадку, а следовательно, и водоизмещение судна.
Действительно, объем, образованный надводной частью корпуса (от ватерлинии до верхней палубы), придает судну как бы дополнительную — запасную — плавучесть.
В судостроении запасом плавучести принято считать не сам надводный объем, а вес груза, который может принять судно сверх полагающейся нормы, не затонув, даже если весь его корпус окажется полностью погруженным в воду.
Особенно важно, чтобы судно имело запас плавучести в случае аварии, когда, например, внутрь корпуса попадает много воды или когда неповрежденное, но тяжело груженное судно должно принять на борт пассажиров, экипаж и часть грузов с другого (гибнущего) судна.
Но запас плавучести можно считать надежным только на тех судах, где верхние палубы водонепроницаемы, а люки снабжены плотными закрытиями. У многих шлюпок, барж и других беспалубных судов такого запаса плавучести нет.
Посмотрим, что может произойти с открытой шлюпкой, если ее загрузить сверх нормы. С гребней волн, от ветра, с весел, а также сквозь неплотные швы и трещины в обшивке в шлюпку попадает вода, которая скопляется на днище. Вес шлюпки возрастает, она все глубже погружается в воду, а надводная часть борта уменьшается. Может наступить такой момент, когда при незначительном нарушении равновесия, например от неловких действий людей, удара волны и т. п., шлюпка зачерпнет бортом много воды и наполнится ею.
То же самое произойдет, если образуется пробоина или сильная течь, и вода устремится внутрь корпуса. Трудно предугадать заранее, затонет ли шлюпка сразу, будет ли находиться в полузатопленном состоянии или опрокинется и удержится на плаву вверх килем (что нередко случается при авариях легких деревянных шлюпок).
Запас плавучести мелких беспалубных судов, особенно спасательных шлюпок, специально повышают, устраивая под бортовыми сиденьями, а также в носу и корме шлюпки, водонепроницаемые воздушные камеры (ящики).
Интересно вспомнить, что в старые времена запорожские и донские казаки привязывали снаружи вдоль бортов своих знаменитых мореходных лодок «чаек» пучки камыша. «Чайки» сохраняли плавучесть и редко опрокидывались, даже при сильном волнении в открытом море.
А еще сравнительно недавно для повышения плавучести мелких спасательных судов по внешней стороне их бортов навешивали кранцы — длинные парусиновые рукава, набитые пробкой.
Современная наука и техника позволили создать исключительно плавучие суда. Так, построены шлюпки, у которых обшивка состоит из двух пластмассовых оболочек, а пространство между ними заполнено легким плавучим материалом—пенопластом. Когда такая шлюпка наполняется водой и даже погружается до верхних кромок бортов, она не только не тонет, но и не теряет способности двигаться на веслах вместе со всеми находящимися в ней людьми.
Выше, говоря о плавучести и водоизмещении судов, мы упоминали об удельном весе воды (у). В школьных учебниках принято считать приближенно, что один кубический сантиметр воды весит один грамм, т. е. удельный вес воды равен единице (γ=1 г/см3). Но единице равен удельный вес лишь абсолютно чистой (дистиллировашной) воды при температуре +4° С.
Тот, кто купался в море, вероятно, заметил, что в соленой морской воде плавать значительно легче, чем в реке.
Соленая вода более плотная, удельный вес ее больше и она лучше поддерживает плавающие тела, чем пресная вода. В судостроительных расчетах при определении плавучести удельный вес морской воды обычно принимают равным 1,016—1,025 г/см3.
Для шлюпок, плавающих в одних и тех же районах, незначительные изменения удельного веса воды большого значения не имеют. Но на крупных судах, совершающих переходы из пресных вод в соленые и обратно, специальными знаками на бортах у грузовой ватерлинии (на грузовых марках) отмечают, какую осадку будет иметь данное судно с полным грузом в разных водах. Это может оказаться очень важным, например, при прокладке курса по мелководному пути.
Следует также запомнить, что водоизмещение судна и его грузоподъемность не одно и то же.
Прежде всего различают водоизмещение порожнем и водоизмещение в грузу.
Водоизмещение порожнем — это вес самого судна со всеми установленными на нем машинами, механизмами, устройствами и оборудованием.
Бели к этому добавить общий вес запасов топлива, провизии, воды для котлов, питья и санитарных надобностей, а также вес всех грузов и вес экипажа и пассажиров с багажом, то получится водоизмещение в полном грузу.
Общий вес всех судовых запасов, топлива, людей и грузов составляет полную грузоподъемность, или, как говорят, дедвейт судна. Кроме полной, есть еще полезная, или чистая, грузоподъемность, в которую включается только вес пассажиров с багажом и вес грузов.
Попробуем определить водоизмещение и грузоподъемность небольшой прогулочно-туристской байдарки.
Размерения байдарки на ватерлинии: длина 1=396 см, ширина В = 72 см; нормальная осадка Т= 15 см.
Корпус этого судна имеет угловатые (остроскульные) обводы, более полные, чем у гоночных байдарок, поэтому примем коэффициент полноты δ = 0,45.
Тогда объемное водоизмещение байдарки до заданной ватерлинии согласно уравнению V=δ x L x B x T будет
V = 0,45 x 396 x 72 x 15 ≈ 193 000 см3.
Приняв удельный вес пресной воды γ ≈ 1 г/см3, вычислим по уравнению D=γ x V полное весовое водоизмещение байдарки, или водоизмещение в полном грузу:
D= 1 X 193000 = 193000 г, D = 193 кг.