Για να κατανοήσουμε γιατί ένα πλοίο επιπλέει θα πρέπει πρώτα να πούμε δύο πράγματα για την αρχή του Αρχιμήδη.
Η Αρχή του Αρχιμήδη καθορίζει ότι: «Κάθε σώμα βυθισμένο σε ρευστό δέχεται άνωση ίση με το βάρος του ρευστού που εκτοπίζει.»
Μαθηματικά η Άνωση (Α) μπορεί να εκφρασθεί με τον τύπο: Α = ρ g V, όπου:
• ρ: πυκνότητα ρευστού
• g: επιτάχυνση βαρύτητας (9,81m/s^2)
• V: όγκος βυθισμένου σώματος
Το συμπέρασμα είναι ότι όταν το βάρος ενός σώματος είναι μεγαλύτερο από την άνωση που αυτό δέχεται τότε θα βυθιστεί, ενώ σε αντίθετη περίπτωση θα επιπλέει.
Όπως λοιπόν παρατήρησε ο Αρχιμήδης, αν η πυκνότητα του αντικειμένου είναι μικρότερη εκτοπίζεται υγρό ίσης μάζας αλλά μικρότερου όγκου σε σχέση με το αντικείμενο, το οποίο εξουδετερώνει το βάρος του. Αν η πυκνότητά του είναι μεγαλύτερη εκτοπίζεται υγρό ίσου όγκου με το αντικείμενο αλλά, λόγω της μικρότερης πυκνότητας του νερού, μικρότερης μάζας, έτσι το βάρος του αντικειμένου δεν εξουδετερώνεται πλήρως αλλά μόνο ένα μέρος του, ίσο με το βάρος του νερού που εκτοπίστηκε.
Ας δούμε και λίγο αναλυτικά την σημασία της πυκνότητας
Οι περισσότεροι γνωρίζουμε ότι αν ρίξουμε ένα ξύλο στη θάλασσα επιπλέει ενώ αν ρίξουμε ένα μεταλλικό αντικείμενο αυτό μοιραία θα βουλιάξει. Αυτό γίνεται λόγω της πυκνότητας των δύο αντικειμένων. Το ξύλο έχει μικρότερη πυκνότητα από το νερό, το μέταλλο όμως έχει μεγαλύτερη.
Σύμφωνα με όλα τα παραπάνω, για να επιπλέυσει λοιπόν ένα πλοίο καταλαβαίνουμε ότι η πυκνότητα του θα πρέπει να είναι μικρότερη από το νερό. Όταν το πλοίο επιπλέει στο νερό λέμε ότι έχει θετική πλευστότητα, όταν βυθίζεται αρνητική και όταν αιωρείται κάτω από την επιφάνεια του νερού ουδέτερη. Ουδέτερη πλευστότητα έχουν τα υποβρύχια σε κατάδυση.
Η συντριπτική πλειοψηφία των πλοίων στον κόσμο είναι κατασκευασμένα από μέταλλο οπότε γιατί δεν βουλιάζουν; Δεν βουλιάζουν διότι ένα πλοίο δεν είναι ένα συμπαγές μέταλλο. Ένα πλοίο έχει διάφορους χώρους στους οποίους υπάρχει μέσα αέρας. Η σημασία του αέρα στην περίπτωση αυτή είναι μεγάλη γιατί μειώνει την πυκνότητα του πλοίου. Για να το καταλάβουμε καλύτερα θα πρέπει να πούμε ότι η μέση πυκνότητα του πλοίου είναι ίση με τη συνολική μάζα του προς το συνολικό όγκο του. Όσο δηλαδή αυξάνουμε τον όγκο τόσο μειώνεται η πυκνότητα. Το ερώτημα που τίθεται από πολλούς είναι αν ο αέρας θα πρέπει να είναι εγκλωβισμένος κάπου, π.χ. σε ένα αμπάρι. Η απάντηση είναι όχι. Ακόμα και αν το άδειο αμπάρι ή οτιδήποτε άλλο είναι ανοικτό, το πλοίο θα επιπλεύσει.
Για να επιπλεύσει λοιπόν το πλοίο στην επιφάνεια του νερού, θα πρέπει αν είναι δυνατόν να εκτοπίσει βάρος υγρού ίσο με το βάρος του, δηλαδή όταν η πυκνότητα του πλοίου θα είναι μικρότερη από αυτή του νερού.
Καλά όλα αυτά, τι γίνεται όμως όταν φορτώνουμε ένα πλοίο; Εδώ έχει μεγάλη σημασία το ύψος εξάλων*και η εφεδρική πλευστότητα.
Η σημασία του ύψους εξάλων και η εφεδρική πλευστότητα
Όταν σε ένα πλοίο που επιπλέει προσθέσουμε βάρος ( π.χ. όταν φορτώσουμε το πλοίο), έχουμε αυτομάτως την αύξηση της πυκνότητας του πλοίου, οπότε το πλοίο θα βυθιστεί περισσότερο στο νερό. Αν τα έξαλα* του πλοίου επιτρέψουν να πλεύσει σε μεγαλύτερο βύθισμα χωρίς να υπάρξει εισροή υδάτων στο πλοίο μέσα από ανοίγματα (ακομοδέσιο, εξαεριστικά κ.τ.λ.), τα οποία είναι πάνω από το κατάστρωμα στεγανής υποδιαιρέσεως, το πλοίο δεν θα βυθιστεί τελείως.
Καταλαβαίνουμε λοιπόν ότι o στεγανός χώρος του πλοίου ανάμεσα στην ίσαλο που πλέει και σ” εκείνη που θα δημιουργήσει εισροή νερού μέσα σ’ αυτό από ανοίγματα που βρίσκονται πάνω από το ανώτερο υδατοστεγανό κατάστρωμα, είναι ένα μέγεθος ενδεικτικό της δυνατότητάς του να παραμείνει στην επιφάνεια μετά από εσφαλμένη ή ηθελημένη προσθήκη βάρους . O όγκος αυτός ονομάζεται εφεδρική πλευστότητα, που στην ουσία βοηθάει το πλοίο να επιπλέει στο νερό.
Εφεδρική πλευστότητα
Οπότε, γνωρίζοντας την σημασία των εξάλων στην πλευστότητα ενός πλοίου, καταλαβαίνουμε καλύτερα πόσο σημαντικό είναι να τηρούμε τους κανονισμούς της γραμμής φορτώσεως.
Προσπαθήσαμε να εξηγήσουμε απλά αλλά και αναλυτικά γιατί ένα πλοίο επιπλέει και δεν βυθίζεται. Είναι μερικά πράγματα απλά αλλά σημαντικά για έναν ναυτικό που πολλές φορές αμελούμε να κατανοήσουμε.
* Ο όρος ύψος εξάλων(freeboard) είναι η κατακόρυφη απόσταση μεταξύ της ισάλου, που αντιστοιχεί στο μέγιστο επιτρεπόμενο βύθισμα, και ενός παράλληλου προς αυτήν νοητού επιπέδου που περνάει από το κατάστρωμα στεγανής υποδιαιρέσεως στην πλευρά του πλοίου.
Για παρατηρήσεις που έχετε να κάνετε για το παραπάνω θέμα ή για προτάσεις, περιμένουμε τα σχόλια σας στο [email protected] ή στα σχόλια του άρθρου.
Πηγή: e-nautilia.gr