Od początku budowy statków ludzie podejmowali wiele wysiłków, starając się tworzyć statki, które nie zatapiają się. Ale rozwój nauki i znajomość praw fizyki umożliwiły budowę zarówno statków stalowych, a nawet żelbetowych.
Statki żelbetowe zostały zbudowane w Ameryce Północnej w pierwszej połowie XX wieku, kiedy podczas dwóch wojen światowych brakowało stali.
Prawa fizyki pomagają statkowi nie tonąć
Wyporność statku jest określona przez prawo Archimedesa: płyn przepycha ciało siłą równą masie płynu w objętości zanurzonej w nim części ciała. Główną sztuczką jest tutaj objętość - im większa pojemność statku, tym grubsze są jego metalowe boki i tym więcej dodatkowego ładunku może zabrać na pokład, pozostając na powierzchni. Wynika to z faktu, że główna wewnętrzna objętość statku jest wypełniona powietrzem, które jest 825 razy lżejsze od wody. To powietrze sprawia, że statek jest pływający.
Okręty podwodne można zanurzać i podnosić na tej samej zasadzie - po zanurzeniu zbiorniki balastowe są napełniane wodą, łódź traci pływalność i jest zanurzona. Podczas wynurzania - są zasilane powietrzem pod ciśnieniem, wypierając wodę. Zgodnie z tą samą zasadą metalowa umywalka unosi się w wannie - wewnątrz niej znajduje się powietrze, które zajmuje większość całej umywalki. Jeśli wewnętrzna objętość umywalki jest wypełniona kamieniami lub metalem, utonie, ponieważ jej waga stanie się zbyt duża.
Rozwiązania inżynierskie - stabilność statku
Na wyporności statku, jego zdolności do wytrzymywania sił wiatru i fal, zasada dźwigni. Jeśli basen, który płynie spokojnie w wannie, zostanie wpuszczony do rzeki, wkrótce zacznie czerpać wodę i utonie, ponieważ będzie przechylony przez wiatr i zalany falami.
Coś podobnego może się przytrafić także statkowi, jeśli ma on małą stabilność. W historii zdarzały się przypadki, gdy setki pasażerów zebranych z jednej strony powodowały przechylenie statku i zalanie. Wiele statków zginęło podczas burz z powodu tego, że zostały przewrócone przez wiatr i fale.
Stateczność statku to jego zdolność do utrzymania stabilnej pozycji w wodzie. Zależy to od miejsca, w którym znajduje się środek ciężkości statku. Im bliżej powierzchni, tym łatwiej jest obrócić statek i tym mniej stabilności.
Dlatego współczesne statki mają najcięższe jednostki - silniki napędowe, generatory, zbiorniki z zapasami wody i paliwa znajdujące się w dolnej części. Tam również znajdują się ładownie. Żeglarze wiedzą, że na w pełni załadowanym statku rozstawienie jest odczuwane znacznie mniej niż na pustym.
Aby zrównoważyć środek ciężkości tak nisko, jak to możliwe, projektanci specjalnie obciążają kil za pomocą ołowianych nakładek. Na boiskach sportowych kil ważony jest zazwyczaj przymocowany osobno pod statkiem na belkach i nazywany jest zdalnym.
Kształt boku ma również duży wpływ na stabilność - statki z półkolistym dnem mają najmniejsze, sportowe trimarany z dwoma zewnętrznymi kadłubami mają największe.Rzeczywiście obecność dodatkowych podpór w górnej części boku pomaga utrzymać stabilność, zapobiegając przechylaniu się naczynia. Było to znane w starożytności i przymocowane wzdłuż górnej części boku wiązek suchych trzcin. Współcześni turyści w tym celu używają nadmuchiwanych balonów, wiążąc je po bokach kajaków.
Obowiązkowe zasady marynarza
Aby uniknąć przesunięcia środka ciężkości, podczas ładowania nowoczesnych statków stosuje się programy komputerowe, które pomagają obliczyć, gdzie i ile ładunku można umieścić, aby zachować zdolność żeglugi statku. Za prawidłowe umieszczenie ładunku odpowiada starszy kapitan asystenta. Dowodzi ładowaniem i, zgodnie z obliczeniami, najcięższe ładunki są umieszczane w ładowniach, a lżejsze na pokładzie. Ładunek na statku jest z pewnością „znaleziony”, to znaczy jest związany. Jest to konieczne, aby podczas burzy nie przetoczył się przez ładownie i nie zmienił środka ciężkości statku.
Cały kadłub statku jest podzielony na szczelne przedziały. W normalnych warunkach przegrody między przedziałami są otwarte. Gdy statek otrzyma dziurę, przedział, w którym się znajduje, jest blokowany przez hermetyczne przegrody, aby woda nie mogła wypełnić całego kadłuba.
Podczas burzy niebezpieczne jest rozstawienie statku „do fali”, czyli na boki. Jest zbyt prawdopodobne, że silna fala przewróci statek. Fala na rufie jest również niebezpieczna. Dlatego często jednostki oceaniczne podczas silnych sztormów zaczynają poruszać nosem pod fale, pozostawiając zamierzony kurs - jest to najbezpieczniejszy sposób na przetrwanie statku. I dopiero po zakończeniu burzy wracają na pożądany kurs.
Pływalność i stabilność statku to jego główne cechy zapewniające bezpieczeństwo. Dlatego zasady, które pomagają je zachować, są obowiązkowe. A rozwiązania projektowe przyczyniające się do ich poprawy są zawsze mile widziane.