Stabilität von Schiffen: Auftrieb, Gleichgewicht und Meeresströmungen

Auftriebskraft und ihr Zentrum

Der Mittelpunkt des Auftriebs ist der Schwerpunkt des Volumens an Wasser, das von einem schwimmenden Körper verdrängt wird. Er wird auch als Zentrum des Schubs bezeichnet, da an diesem Punkt die Auftriebskraft wirkt, die für die Stabilität des Schiffes entscheidend ist. Er wird mit dem Buchstaben C oder in einigen Publikationen mit dem Buchstaben B (für englisch 'buoyancy') gekennzeichnet.

Da ein Schiff in Bewegung Wellen ausgesetzt ist, variiert die Position des Mittelpunkts des Auftriebs in Abhängigkeit von der Rumpfform und dem untergetauchten Volumen.

Die Kurve, die der Mittelpunkt des Auftriebs in der Transversalebene für verschiedene Krängungswinkel beschreibt, wird Auftriebsmittelpunktskurve genannt, und der zugehörige Radius ist der Krümmungsradius.

Gleichgewichtszustände: Stabil, Labil und Indifferent

Die Stabilität eines Schiffes hängt vom Stabilitätsmoment ab, welches wiederum von den Positionen des Schwerpunkts und des Mittelpunkts des Auftriebs abhängt.

1. Stabiles Gleichgewicht (Positive Stabilität)

Wenn ein Schiff aufgrund einer äußeren Kraft krängt und der Metazentrum (M) oberhalb des Schwerpunkts (G) liegt, erzeugt der resultierende Hebelarm ein aufrichtendes Moment.

2. Indifferentes Gleichgewicht (Neutrale Stabilität)

Wenn der Schwerpunkt (G) und das Metazentrum (M) zusammenfallen, entsteht kein Kräftepaar, und das Schiff bleibt in der geneigten Position. GM = 0.

3. Labiles Gleichgewicht (Negative Stabilität)

Wenn der Schwerpunkt (G) höher als das Metazentrum (M) liegt, erzeugt das Kräftepaar ein Kenterungsmoment, das das Schiff weiter in Richtung der Krängung dreht. GM < 0.

GM + KM > KG; KM = KG; GM < KM < KG.

Einfluss freier Flüssigkeitsoberflächen auf die Stabilität

Wenn sich in einem Tank an Bord eine teilweise gefüllte Flüssigkeit befindet und die Oberfläche der Flüssigkeit frei ist, führt die horizontale Bewegung während des Rollens zu einem Stabilitätsverlust oder einer Verringerung des aufrichtenden Hebelarms (GZ). Dieser Effekt muss bei der Stabilitätsberechnung berücksichtigt werden.

Meeresströmungen

Eine Meeresströmung ist eine kontinuierliche und dauerhafte translatorische Bewegung von Wassermassen in den Ozeanen und, in geringerem Maße, in größeren Seen. Diese Strömungen entstehen durch eine Vielzahl von Ursachen, hauptsächlich durch die Erdrotation (die unterschiedlich auf den Meeresboden und die Oberfläche wirkt) und durch stetige globale Winde, sowie durch Dichteunterschiede und die Lage der Kontinente.

Warme Meeresströmungen werden oft in Rot und Gelb dargestellt, während der Auftrieb von kaltem Tiefenwasser vor den Westküsten der Kontinente in Grün und kalte Strömungen in Lila oder Rosa dargestellt werden.