ما هو مفهوم الاتزان الاستاتيكي؟
ويعني الاستقرار الثابت، حيث يعد التنبؤ الدقيق بغاطس السفينة نتيجة ضرورية لتطبيق المبادئ الهيدروستاتيكية بشكل صحيح ولكنه بعيد عن أن يكون كافياً، إذا لم يتم توزيع العديد من عناصر الوزن على السفينة بدقة كبيرة، فسوف تطفو السفينة في زوايا غير مرغوبة من الكعب (الميل الجانبي) والقطع (الميل في النهاية).
قد ترفع زوايا القطع غير الصفرية أطراف شفرات المروحة فوق السطح، أو قد تزيد من احتمالية اصطدام القوس بالأمواج أثناء الطقس القاسي، وزوايا الكعب غير الصفرية (التي تميل إلى أن تكون أكبر بكثير من زوايا القطع) قد تجعل جميع الأنشطة البشرية على متن المركب صعبة؛ علاوة على ذلك، فهي خطيرة لأنها تقلل الهامش ضد الانقلاب وبشكل عام، يتطلب تجنب مثل هذه الميول امتدادًا لمبدأ أرخميدس إلى اللحظات الأولى من الأوزان والأحجام: يجب أن تساوي اللحظة الأولى الجماعية لجميع الأوزان لحظة الوزن الأولى للماء المزاح.
اذا تخيلنا المقطع العرضي لسفينة تطفو بزاوية الكعب θ، بسبب وضع وزن (w) على مسافة معينة (d) من خط المركز، عند هذه الزاوية، لحظة الانزعاج، المحسوبة على أنها w × d × cos θ، تساوي لحظة الاستقامة Δ × GZ، (Δ هي رمز الإزاحة ، و GZ هي المسافة من مركز الثقل [G] إلى مركز الطفو [Z]).
في ظل هذه الظروف، يقال أن السفينة في حالة توازن ثابت، وإذا تمت إزالة w، فإن اللحظة المزعجة ستصبح صفراً، ولحظة التصحيح ستعيد السفينة إلى وضعها المستقيم، لذلك يُحكم على السفينة بأنها مستقرة.
سوف تعمل اللحظة في الاتجاه المستقر فقط طالما أن النقطة M (“metacentre”، النقطة التي تتقاطع فيها قوة الطفو مع المستوى الأوسط) أعلى من G (مركز ثقل السفينة ومحتوياتها)، وإذا كانت M أقل من G، فإن قوى الوزن والطفو ستميل إلى زيادة زاوية الكعب، وسيكون التوازن غير مستقر، حيث المسافة من G إلى M، التي تعتبر موجبة إذا كانت M أعلى من G، تسمى الارتفاع المتري المستعرض.
عادةً ما توجد قيمة للارتفاع المترامي لحالة الكعب الصفري فقط؛ ومن ثم، فهو مقياس دقيق للثبات فقط للاضطرابات الصغيرة – على سبيل المثال، تلك التي تسبب كعب لا يزيد عن حوالي 10 درجات، أما بالنسبة للزوايا الأكبر، يتم استخدام “الذراع القائمة” GZ لقياس الثبات.
في أي تحليل للثبات، يتم رسم قيمة GZ على النطاق الكامل لزوايا الكعب التي تكون إيجابية أو مستعادة، يوضح منحنى الاستقرار الثابت الناتج الزاوية التي لا يمكن للسفينة بعدها العودة إلى الوضع القائم والزاوية التي تكون فيها لحظة الاستعادة في أقصى حد، وتتناسب مساحة المنحنى بين منشئه وأي زاوية محددة مع الطاقة المطلوبة لربط السفينة بهذه الزاوية.
الاستقرار الديناميكي:
لم يُسمع عن انقلاب السفن الكبيرة التي لم تتعرض لفيضانات من أضرار بدن السفينة، لكنها لا تزال تمثل خطرًا خطيرًا على السفن الصغيرة التي يمكن أن تواجه لحظات مزعجة كبيرة في ظل ظروف التشغيل العادية.
ومن الأمثلة البارزة على ذلك سفينة صيد تحاول رفع شبكة محملة على جانبها بينما كانت تدحرجها الأمواج العاتية بالفعل، على أي حال، من المحتمل أن يكون الانقلاب حدثًا ديناميكيًا وليس حدثًا ثابتًا – نتيجة، وعلى سبيل المثال، للتأثير من عاصفة الرياح، ويتم قياس مثل هذا الإدخال بشكل صحيح من حيث طاقة الانقلاب، ومن ثم يتم قياس قدرة السفينة على مقاومة الانقلاب بالطاقة المطلوبة لتدويرها إلى نقطة استقرار التلاشي.
كما لوحظ، يتم الإشارة إلى الطاقة المقاومة من خلال المنطقة المحاطة بمنحنى الاستقرار الثابت؛ وبالتالي، فإن المعايير التي يتم من خلالها الحكم على استقرار السفن تستند عادةً إلى هذه المنطقة، ونظرًا للتنوع الكبير في أحجام السفن وأنواعها ومجالات الخدمة، فإن معايير السلامة بجميع أنواعها معقدة، الهيئة التي تنشئ هذه المعايير وتحدثها، هي المنظمة البحرية الدولية (المعروفة باسم المنظمة البحرية الدولية؛ ذراع الأمم المتحدة).
الطفو الضرر والاستقرار:
إن بناء سفينة لا يمكن أن تغرق أو تنقلب هو أمر غير عملي، ولكن يمكن تصميم السفينة لتحمل أضرارًا معتدلة، وإذا كان الغرق أمرًا لا مفر منه، يجب أن تغرق ببطء ودون انقلاب من أجل زيادة فرص بقاء الأشخاص الموجودين على متنها.
السبب الأكثر احتمالاً للغرق هو اختراق غلاف الهيكل عن طريق الاصطدام، ويتم تقليل عواقب الفيضانات الناتجة عن طريق تقسيم الهيكل إلى مقصورات بواسطة حواجز مانعة لتسرب الماء، حيث يتم تحديد مدى تركيب هذه الفواصل الإنشائية من خلال معايير المنظمة البحرية الدولية (IMO) التي تعتمد على حجم السفينة ونوعها.
كحد أدنى، السفن التي يجب أن يكون لديها احتمال كبير للنجاة من الاصطدام (على سبيل المثال، سفن الركاب) يتم بناؤها وفقًا لمعيار “المقصورة الواحدة”، مما يعني أن مقصورة واحدة على الأقل محاطة بحواجز مانعة لتسرب الماء يجب أن تكون قابلة للفيضان دون غرق السفينة.
يعد المعيار المكون من جزأين أمرًا شائعًا بالنسبة للسفن الكبيرة التي تنقل الركاب – وهو إجراء يحمي السفينة على الأرجح من تصادم عند الحدود بين مقصورتين، حيث تم بناء تيتانيك، ضحية أشهر حادث غرق في شمال المحيط الأطلسي، وفقًا لمعيار المقصورتين، لكن اصطدامها بجبل جليدي قبل منتصف الليل بقليل في 14 أبريل 1912، أدى إلى فتح خمس مقصورات على الأقل، ولم تستطع تيتانيك النجاة من مثل هذا الضرر، لكن حواجزها العديدة المقاومة للماء أعاقت الفيضان بحيث احتاجت السفينة إلى ساعتين وأربعين دقيقة لتغرق.
إن بناء سفينة ركاب يمكنها تحمل جميع الفيضانات المحتملة أمر غير عملي، لأن التقسيم الدقيق المطلوب من شأنه أن يحول دون الاستخدام الفعال للمساحة الداخلية، ومن ناحية أخرى، يمكن تقسيم السفينة التي تحمل شحنة سائلة فقط بشكل دقيق للغاية؛ لأن معظم مساحتها الداخلية عبارة عن خزان، وهذه السفن معرضة لخطر التأريض والانفجارات، لكن غرقها من الاصطدامات نادر جدًا.
على عكس تيتانيك، غرقت سفينة Lusitania، وهي سفينة ركاب من نفس الحجم والنوع، في غضون 20 دقيقة بعد تعرضها لطوربيدات في 7 مايو 1915، بحيث لم يكن خطأها في التقسيم الفرعي غير الكافي ولكن في عدم استقرار الضرر.
أدت الحواجز الطولية الموجودة بالقرب من ضربات الطوربيد إلى الحد من الفيضانات إلى جانب واحد، مما تسبب في ارتداد السفينة بسرعة إلى النقطة التي غُمرت فيها فتحات الهيكل العادية، ونتيجة لهذه الكارثة، يُحظر الآن على السفن التجارية أن يكون لها هياكل داخلية تمنع الفيضانات عبر بدن السفينة، والاستثناء من هذه اللائحة هو الناقلة، التي يكون تقسيمها الفرعي جيدًا بما يكفي بحيث لا يكفي إغراق العديد من الخزانات الجانبية لانقلاب السفينة.
