Чому корабель плаває - дитяча енциклопедія (перше видання)

Славетний вчений стародавності Архімед відкрив один з основних законів фізики, так і названий «законом Архімеда».

Саме на цьому законі і заснована конструкція всіх видів судів, в тому числі і підводних човнів. Суднобудівникам доводиться так розраховувати корпус всякого корабля, щоб при зануренні його в воду до певного, заздалегідь заданого рівня (до вантажної ватерлінії) вага витісненої води виявився б рівним вазі судна з його вантажем.

Таке завдання вдається вирішити тому, що всередині корпусу корабля багато простору, заповненого повітрям: приміщення для житла, вантажні трюми, льохи, службові приміщення. Крім того, на кораблі багато предметів виготовлено з дерева, пластмас, потім є мазут і масла. Все це легше води. Навіть при значному підвищенні корпусу корабля над водою вага витісненої води дорівнює вазі корабля з усім його вантажем. Ця вага витісненої води при заданому рівні опади корабля і називається його водотоннажністю.

Відсутність крену судна означає, що рівнодіюча сил підтримки та тяжкості розташовуються, компенсуючи один одного. Але варто судну накренитися, як точка впливу рівнодіюча сил підтримки зміщується. Виникає відновлює момент - виявляється остійність судна. Чим нижче центр ваги судна, тим більше може воно крениться без втрати остійності.

Коли підводний човен знаходиться в надводному положенні, вона плаває, як звичайне судно. Адже при незаповнених баластних цистернах вона тримається на воді, як надводний корабель. Вага витісненої при цьому води дорівнює вазі підводного човна з усім вмістом і називається її надводним водотоннажністю.

Якщо вага повністю зануреного в воду тіла точно дорівнює вазі витісненої при цьому води, то тіло набуває здатності як би висіти на будь-якій глибині. Якщо ж вага зануреного тіла виявиться більше ваги витісненої води, то воно буде безперервно і стрімко занурюватися на все більшу глибину і, нарешті, впаде на дно. На цьому заснована здатність підводних човнів занурюватися під воду, триматися і пересуватися під водою, йти на велику глибину. Для зміни ваги у них служать баластні цистерни.

У нижній частині корпусу підводного човна розташовані клапани - кінгстони. Вони є і у надводних суден. Коли підводному човні необхідно зануритися, їх відкривають - і буквально за секунди в баластні цистерни вриваються сотні тонн забортної води. В цей же час в цистернах відкриваються клапани для випуску повітря, щоб він не завадив заповнення. Підводний човен важчає і занурюється. Її водотоннажність збільшилася і стало «підводним». У цьому особливість таких судів: у них два водотоннажності - надводна і підводне. Обсяг головних баластних цистерн так і розрахований, щоб при їх заповненні підводний корабель занурювався б майже повністю. Варто тепер заповнити ще одну, особливу цистерну - її називають цистерною швидкого занурення - і вага підводного човна виявиться більше ваги витісненої води, вона почне дуже швидко занурюватися.

Здавалося б, здатність триматися на воді, заснована на законі Архімеда, повністю забезпечує кораблю необхідну плавучість. Однак це не так.Основное властивість корабля - здатність триматися на воді з допускаються повним вантажем і зберігати при цьому заданий рівень опади корпусу. Це плавучість корабля. Якщо він перевантажений, то починає втрачати плавучість - корпус його занурюється глибше.

Перед нами іграшка - іван-встанька. Скільки б ви не нахиляли її, все одно вона випрямиться. Корабель у великій мірі володіє такою ж здатністю (коли в ньому немає пробоїн). У морі корпус його нахиляється то на правий, то на лівий борт, то на ніс, то на корму (нахил на борт називається креном, а на ніс або корму - дифферентом). Але кожен раз він знову приймає нормальне положення.

Це властивість судна називається остойчивостью. Якби судно не мало такою якістю, то будь-яка причина, яка викликала крен, привела б до перекидання корабля. Вода проникла б всередину, і загибель судна була б неминуча.

Тяжкість води, що ввірвалася в корпус корабля через пробоїну, також може нахилити його на борт, «зарити» його в воду носом або кормою або одночасно повідомити йому і крен і диферент. Все залежить від місця, де утворилася пробоїна. При цьому швидко втрачаються і плавучість і остійність.

Забезпечення необхідної остійності - найважливіше завдання конструкторів при проектуванні судна. Залежить остійність від розташування центру ваги судна. Чим він нижчий, тим більше остійність. Тому навантажені суду, у яких центр ваги нижче, стійкіше порожніх, яким доводиться брати баласт для підвищення остійності. Але остійність змінюється також залежно від величини вантажу і його розміщення.

українські вчені перші в світі розробили засоби для додання кораблям третього найважливішого якості - непотоплюваності, т. е. здібності триматися на воді, не дивлячись на часткову втрату плавучості або остійності. Почав ці роботи С. О. Макаров, видатний український флотоводець. Він створив струнку систему водовідливного та осушувального обладнання корабля. По всій довжині другого днища укладалися дві труби: відпливна, з діаметром трохи більше 25 см, і осушувальна, з діаметром 127 см. Вони мали відводи в усі приміщення корабля і з'єднувалися з потужними насосами (помпами). Стало можливим швидко звільняти від води або затоплять простір між обома днищами або будь-який відсік корабля. Завдяки цьому, якщо з'являлася необхідність, можна було збільшити або зменшити глибину опади корабля, збільшити або зменшити його крен або диферент. Якщо, наприклад, корабель, отримавши пробоїну, сильно крениться, можна було швидко затопити протилежні відсіки і таким чином не дати йому перекинутися.

Але це ще не все! Завдання полягало і в тому, щоб заздалегідь правильно вибрати місце для докладання цієї сили, точно вибрати відсік або кілька відсіків для затоплення при пробоїну. Адже під час аварії або бою можна гаяти жодної хвилини і помилка може виявитися фатальною. І тут на допомогу С. О. Макарову прийшов видатний вчений А. Н. Крилов. Він розробив спеціальні таблиці. Якщо корабель отримав пробоїну в певній частині корпусу, таблиці швидко і точно відповідали, чи залишиться судно «на плаву», потоне або перекинеться. Вони також визначали, яке положення прийме корабель, якщо він залишиться на поверхні моря, чи можна вирівняти корабель і які саме відсіки треба затопити для цього.

Користування таблицями виявилося настільки простим, що інженеру-механіку корабля досить виконати звичайні арифметичні дії - і точне рішення найважливішого завдання готово!