Kopš kuģu būves sākuma cilvēki ir daudz pielikuši pūles, cenšoties radīt kuģus, kas nenogrimst. Bet zinātnes un fizikas likumu zināšanu attīstība ļāva būvēt gan tērauda, gan pat dzelzsbetona kuģus.
Dzelzsbetona kuģi tika būvēti Ziemeļamerikā 20. gadsimta pirmajā pusē, kad divu pasaules karu laikā trūka tērauda.
Fizikas likumi palīdz kuģim negrimt
Kuģa peldspēju nosaka Arhimēda likums: šķidrums nospiež ķermeni ar spēku, kas vienāds ar šķidruma svaru tajā iegremdētās ķermeņa daļas tilpumā. Galvenais triks šeit ir apjoms - jo lielāks ir kuģa tilpums, jo biezākas ir tā metāla malas un jo vairāk papildu kravas tas var uzņemt uz klāja, paliekot virs ūdens. Tas notiek tāpēc, ka galvenais kuģa iekšējais tilpums ir piepildīts ar gaisu, kas ir 825 reizes vieglāks par ūdeni. Tieši gaiss padara kuģi peldošu.
Pēc tāda paša principa zemūdenes var iegremdēt un pacelties virsū - iegremdējot balasta tvertnes piepilda ar ūdeni, laiva zaudē peldspēju un nogrimst. Pieaugot - tie tiek piegādāti ar zemu spiedienu, izspiežot ūdeni. Pēc šī paša principa vannā peld metāla izlietne - tās iekšpusē ir gaiss, kas aizņem lielāko daļu no visa baseina. Ja baseina iekšējo tilpumu piepilda ar akmeņiem vai metālu, tas noslīks, jo tā svars kļūs pārāk liels.
Inženiertehniskie risinājumi - Kuģu stabilitāte
Kuģa peldspēja, tā spēja pretoties vēja un viļņu spēkiem, sviras princips. Ja baseinu, kas mierīgi peld vannā, nolaiž upē, tas drīz savāc ūdeni un noslīks, jo to vējš noliec un viļņus pārpeldēs.
Kaut kas līdzīgs var notikt arī ar kuģi, ja tam ir maza stabilitāte. Vēsturē ir bijuši gadījumi, kad simtiem pasažieru, kas pulcējās vienā pusē, izraisīja kuģa papēdi un plūdus. Daudzi kuģi gāja bojā vētru laikā tāpēc, ka tos apgāza vējš un viļņi.
Kuģa stabilitāte ir tā spēja saglabāt stabilu stāvokli ūdenī. Tas ir atkarīgs no vietas, kur atrodas kuģa smaguma centrs. Jo tuvāk tas ir virsmai, jo vieglāk ir apgriezt kuģi un jo mazāka stabilitāte.
Tāpēc mūsdienu kuģiem ir smagākās vienības - vilces dzinēji, ģeneratori, cisternas ar ūdens un degvielas rezervēm, kas atrodas apakšējā daļā. Tur atrodas arī kravas tilpnes. Jūrnieki zina, ka uz pilnībā piekrauta kuģa trauksme ir jūtama daudz mazāk nekā tukša.
Lai pēc iespējas zemāk kompensētu smaguma centru, dizaineri īpaši sver ķīli ar svina spilventiņiem. Sporta laukumos svērtais ķīlis parasti tiek piestiprināts atsevišķi pie sijām zem kuģa un tiek saukts par tālvadību.
Sānu forma lielā mērā ietekmē arī stabilitāti - kuģiem ar pusloku dibenu ir vismazākais, lielākajiem ir sporta trimarāni ar diviem ārējiem korpusiem katrā pusē.Patiešām, papildu balstu klātbūtne sānu augšējā daļā palīdz saglabāt stabilitāti, neļaujot kuģim noliekties. Tas bija zināms senatnē un bija piestiprināts gar laivu saišķu sānu augšējo daļu no sausām niedrēm. Un mūsdienu tūristi šim nolūkam izmanto piepūšamos balonus, sasienot tos kajaku sānos.
Jūrnieka obligātie noteikumi
Lai izvairītos no smaguma centra nobīdes, iekraujot modernus kuģus, tiek izmantotas datorprogrammas, kas palīdz aprēķināt, kur un cik daudz kravas var novietot, lai saglabātu kuģa jūrasspēju. Par pareizu kravas izvietojumu atbild vecākais kapteiņa palīgs. Viņš pavēl iekraušanu, un pēc aprēķiniem smagākās kravas tiek novietotas kravas tilpnēs, bet šķiltavas - uz klāja. Krava uz kuģa noteikti ir “atrasta”, tas ir, tā ir sasieta. Tas ir nepieciešams, lai negaisa laikā tas nepārmestu kravas tilpnes un nemainītu kuģa smaguma centru.
Viss kuģa korpuss ir sadalīts hermētiskos nodalījumos. Normālā stāvoklī starpsienas starp nodalījumiem ir atvērtas. Kad kuģis saņem caurumu, nodalījumu, kurā tas atrodas, aizsprosto hermētiskas starpsienas, lai ūdens nevarētu aizpildīt visu korpusu.
Vētras laikā ir bīstami izvietot kuģi "nobīdi pie viļņa", tas ir, uz sāniem. Ir pārāk iespējams, ka spēcīgs vilnis apvērs kuģi. Arī vilnis pakaļgalā ir bīstams. Tāpēc bieži okeāna kuģi spēcīgu vētru laikā sāk virzīt degunu pret viļņiem, atstājot paredzēto kursu - tas ir drošākais veids, kā kuģis var izdzīvot laika apstākļos. Un tikai pēc vētras beigām viņi atgriežas vajadzīgajā kursā.
Kuģa peldspēja un stabilitāte ir tā galvenās īpašības, kas nodrošina drošību. Tāpēc noteikumi, kas palīdz tos saglabāt, ir obligāti. Un vienmēr tiek gaidīti dizaina risinājumi, kas veicina to uzlabošanu.