שווי משקל


שווי משקל
רופף בציור: הכדור נמצא בשווי משקל, אך כל השפעה של כח חיצוני כגון מכה קטנה תוציא אותו משווי המשקל

אדיש כח חיצוני שיפעל על הכדור ישאיר אותו עדיין באותו מישור.

יציב כח חיצוני יכול אמנם להזיז את הכדור ממקומו, אולם הכדור יחזור בחזרה.

הגדרות
HEEL הטיית כלי השייט לצידו כתוצאה מגורם חיצוני כגון גלים.
LIST נטיית כלי השייט לצידו כתוצאה מחלוקת משקלות לא סימטרית

בציור נראה חתך רוחב של כלי ששייט הצף בים
G הוא מרכז הכובד (הרוחבי) של כלי השייט נקודה זו היא השקול של כל המשקלות הנמצאים בכלי השייט כולל הגוף כלי השייט עצמו. כוונו של השקול הוא כמובן אנכי כלפי מטה.
B מרכז הציפה או מרכז כח העילוי. נקודה זו היא השקול של כוחות העלוי שכוונם מהנקודה בכוון אנכי כלפי מעלה.
KGהמרחק בין שדרת כלי השייט ונקודת הכובד
KBהמרחק בין שדרת כלי השייט ונקודת הציפה

בכלי שייט הצף על פני המים, הכח הפועל מנקודה G, כח הכבידה שווה לכח הפועל מנקודה B כלפי מעלה, כח הציפה.



כלי שייט המוטה על ידי כוח חיצוני, לזוית קטנה, עד 12 מעלות בערך.
עד עכשיו ראינו את כלי השייט הצף במים שקטים. אם יפעל כח חיצוני על כלי השייט כגון גל (להבדיל ממשקל המוטען על גבי כלי השייט) שייטה אותו בזוית θ , ישאר ה G במקומו, אולם ה B , מרכז הציפה, יזוז ממקומו לכוון ההטיה לנקודה B1.

B1 מרכז הציפה החדש לאחר ההטיה.
M הנקודה בה נפגשים האנך היוצא מנקודה B1 כלפי מעלה והאנך הקודם שעבר דרך נקודה B. נקודה זו נקראת Metacenter.

KM מרחק המטסנטר. מרחק זה קבוע לגבי כלי השייט (בזויות קטנות), ותלוי בשוקע. בכל אניה נמצאת טבלה או דיאגרמה המראה את הגובה KM לגבי שוקע מסויים.
Z הנקודה בה נפגש הקו האופקי היוצא מ G עם הקו האנכי B1M
GZ היא הזרוע המיישרת.
GMהמרחק בין מרכז הכובד והמטסנטר.

בציור הימני אפשר לראות שכוח הציפה וכוח הכבידה פועלים לישור כלי השייט (שני החיצים האדומים). כלומר שווי משקל יציב.

שווי משקל יציב


בציור זה מרכז הכובד G נמצא בדיוק במקומו של המטסנטר.
הטייה שנוצרה בעקבות גל לא תיצור את הזרוע המיישרת GZ וכלי השייט לא יתישר.

שווי משקל אדיש


בגלל טעינה לא נכונה וללא התחשבות בגובה המטסנטר KM נקודת הכובד G נמצאת מעליו. המרחק GM הוא שלילי!
בעת הטייה הכוחות הפועלים לא יהיו כוחות ישור אלה כוחות שישאפו להפוך את כלי השייט.

שווי משקל רופף


בכלי שייט שמשקלו קבוע, המרחקים KG , KB ו KM יהיו קבועים. בזוית הטיה מסויימת ה B1 יהיה קבוע גם כן.
בגלל חלוקת המטען, גבוה יותר או נמוך ישתנה מיקומו של ה KG ובעקבותיו גם אורכו של ה GZ.
בשרטוט מוצגים כמה מקרים של שינוי הKG וה GZ. שינוי ה GZ - הזרוע המישרת גורם לשינוי במומנט הישור.

בשעת הפלגה אפשר לחשב את ה GM על ידי מדידת זמן טלטולי האניה (Rolling)
נוסחה למציאת הGM על ידי מדידת טלטלות האניה

GM - מטרים או רגלים
B - רוחב כלי השייט, מטרים או רגלים
T - שניות



LOLL ככאשר כלי שייט בעל יציבות רופפת נוטה על צידו, והכוח הוא כוח השואף להמשיך ולהטותו, משתנה מיקומו של מרכז הציפה B1 ומקומו החדש יהיה B2 בגלל שינוי זה משתנה (עולה) גם מקומו של המטסנטר ל M2. גם כוון זרוע הישור GZ יהיה לכוון ההפוך הקודם וכמו שנראה בציור האניה תשאף לחזור, אבל אם תתחיל לחזור לכוון האנכי יחזור כל הסיפור, כך שהיא תשאר בזוית הטיה הנקראת LOLL. בזוית זו היא תהיה במצב של הטיה אך בשווי משקל אדיש.

LOLL

זוית הLOLL לא תווצר בכל מקרה, אלא רק במקרים שה GM השלילי לא יהיה גדול.

STIFF & TENDER
בכלי שייט בעלי שווי משקל חיובי, ככל שיגדל המרחק GM כך תהיה יציבותן טובה יותר. כאשר ה GM גדול מאד יסבול כלי השייט מיציבות יתר - Stiff, הטלטלות בזמן הרולינג יהיו לא נוחים וגם מסוכנים למטען.
בכלי שייט שה GM שלו קטן יחסית Tender, הטלטלות יהיו ארוכים יותר ונוחים יותר, אך כמובן שהיציבות תהיה פחות בטוחה.

זוויות הטיה גדולות
לא נדבר כאן על זויות הגדולות מ12 - 15 מעלות בהן משתנה מיקומו של המטסנטר KM