ευστάθεια

Στη ναυτική ορολογία είναι η ικανότητα ενός πλωτού μέσου ή σώματος που έχει καταδυθεί να επανέρχεται στην κανονική θέση ισορροπίας του όταν απομακρυνθεί από αυτή για μια οποιαδήποτε αιτία, όπως, για παράδειγμα, τα κύματα, οι μεταβολές και μετατοπίσεις του φορτίου ή οι δυναμικές καταπονήσεις, που οφείλονται στον άνεμο, στο πηδάλιο ή στη ρυμούλκηση. Διακρίνουμε τη στατική ε. –η οποία αναφέρεται στις σχέσεις που συνδέουν μεταξύ τους τις αιτίες διατάραξης της ισορροπίας με το βάρος, την άνωση και την προκαλούμενη κλίση του πλοίου– και τη δυναμική, η οποία λαμβάνει υπόψη το απαιτούμενο έργο για να πραγματοποιηθεί μια προκαθορισμένη κλίση. Ιδιαίτερη σημασία έχει η εγκάρσια ε., η οποία αφορά τις κλίσεις του σκάφους γύρω από τον διαμήκη άξονά του (διατοιχίσεις-μπότζι). Για τη μελέτη της είναι χρήσιμο να θεωρήσουμε αρχικά τις συνθήκες ισορροπίας ενός σώματος σε πλήρη κατάδυση (σχ. 1). Ένα τέτοιο σώμα βρίσκεται υπό την επίδραση δύο δυνάμεων, του βάρους του Ρ που εφαρμόζεται στο κέντρο βάρους του G, και της άνωσης S (ίσης με το βάρος του ύδατος που εκτοπίζεται) η οποία εφαρμόζεται στο κέντρο άνωσης C, το οποίο συμπίπτει με το κέντρο της τρόπιδας (κέντρο όγκου του βυθισμένου τμήματος). Για να υπάρχει ευσταθής ισορροπία πρέπει το βάρος να είναι ίσο προς την άνωση, οι φορείς των δύο δυνάμεων να συμπίπτουν και το κέντρο βάρους να είναι κάτω από το κέντρο άνωσης. Αυτές είναι οι συνθήκες ευσταθούς ισορροπίας ενός υποβρύχιου σε κατάδυση. Για ένα πλωτό σώμα, και ιδιαίτερα για ένα πλοίο, η κατάσταση είναι διαφορετική. Αν και οι δύο πρώτες από τις προηγούμενες συνθήκες πρέπει πάντα να εκπληρώνονται, η τρίτη πιθανόν να μην εκπληρώνεται πάντοτε, γιατί συνήθως το κέντρο βάρους είναι ψηλότερα από το κέντρο άνωσης. Στο σχ. 2 φαίνεται η τομή ενός πλοίου. Αυτό, όταν είναι όρθιο, έχει ίσαλο γραμμή την AB και το κέντρο βάρους του G είναι στην ίδια κατακόρυφο με το κέντρο άνωσης C, αλλά πάνω από αυτό. Αν, εξαιτίας μιας διατοίχισης, η νέα ίσαλος γραμμή είναι, για παράδειγμα, η A’B’, το κέντρο άνωσης μετατοπίζεται στο C και δεν βρίσκεται πλέον στην ίδια κατακόρυφο με το κέντρο βάρους G. Επειδή το βάρος και η άνωση δρουν αντίστοιχα κατά μήκος των γραμμών CP’ και CS’, που είναι και οι δύο κάθετες στην A’B’, προκύπτει ένα ζεύγος το οποίο τείνει να επαναφέρει το πλοίο στην αρχική του θέση, δηλαδή στην ίσαλο γραμμή AB. Εμφανίζεται έτσι ένα ζεύγος ανορθώσεων, το οποίο λέγεται ζεύγοςε., που είναι αντίθετο προς το ζεύγος της κλίσης και τείνει να εξουδετερώσει τα αποτελέσματά του. Το σημείο Μ, όπου η κατακόρυφος από το σημείο C’ συναντά την πρώτη κατακόρυφο από το σημείο C, ονομάζεται εγκάρσιο μετάκεντρο. Η θέση του, η οποία μεταβάλλεται ανάλογα με τις κλίσεις, συμπίπτει με το λεγόμενο στιγμιαίο κέντρο περιστροφής του πλοίου. Με ανάλογο τρόπο έχουμε (σχ. 3) ένα διάμηκες μετάκεντρο, όταν το πλοίο κλίνει γύρω από τον εγκάρσιο άξονα, για παράδειγμα στις κινήσεις προνευστασμού (σκαμπανέβασμα). Έχουμε συνεπώς και μια διαμήκη ε. για την οποία ισχύουν συλλογισμοί όμοιοι με τους προηγούμενους. Το ύψος του Μ ως προς το κέντρο της τρόπιδος ονομάζεται ακτίνα μετακέντρου, διαμήκης ή εγκάρσια. Η πρώτη έχει τιμές πολύ υψηλότερες (I - Ζ μήκη του σκάφους) από τη δεύτερη και συνεπώς η διαμήκης ε. είναι πάντα πολύ μεγαλύτερη από την εγκάρσια ε. Ως προς την εγκάρσια ε. (σχ. 2) συνάγεται ότι, για μια ορισμένη κλίση α, η ροπή του ζεύγους ευστάθειας δίνεται από τη σχέση Μ = D (r – a) όπου D το εκτόπισμα, r η ακτίνα μετακέντρου και α το ύψος του κέντρου βάρους από το κέντρο της τρόπιδας. Το γινόμενο D (r – a) λέγεται συντελεστής ευστάθειας και ο παράγοντας (r – a) μετακεντρικό ύψος. Το τελευταίο είναι χαρακτηριστικό στοιχείο της ε. και της συμπεριφοράς ενός πλοίου, γιατί εάν το (r – a) είναι πολύ μικρό, το πλοίο ανορθώνεται με κόπο, ενώ αν είναι πολύ μεγάλο, το πλοίο ανορθώνεται με πολύ απότομες κινήσεις, οι οποίες κυμαίνονται από μερικά δέκατα του μέτρου έως μερικά μέτρα. Η θέση του μετακέντρου, η οποία με ικανοποιητική προσέγγιση μπορεί να θεωρηθεί σταθερή για μερικές γωνίες διατοίχισης (μέχρι 10°-12°), μεταβάλλεται σημαντικά για μεγαλύτερες γωνίες και συνεπώς μεταβάλλεται και η ροπή του ζεύγους ευστάθειας. Αν καταγράψουμε τις τιμές των ροπών ευστάθειας σε συνάρτηση των διατοιχίσεων α, έχουμε το διάγραμμα ευστάθειας (σχ. 4) το οποίο ισχύει για ένα καθορισμένο εκτόπισμα. Η ροπή του ζεύγους ευστάθειας αυξάνεται αρχικά μαζί με τη διατοίχιση και μετά ελαττώνεται ώσπου να μηδενιστεί για μία γωνία που περιλαμβάνεται μεταξύ 60° και 90°. Αν η κλίση υπερβεί έστω και ελάχιστα την τιμή αυτή, που αντιστοιχεί σε μηδενική ροπή, έχουμε ανατροπή. Επειδή η ε. είναι συνάρτηση των θέσεων του κέντρου βάρους και του κέντρου της τρόπιδας, μεταβάλλεται με τις συνθήκες φόρτισης του πλοίου. Μπορεί λοιπόν να συμβεί, ένα πλοίο, που είναι ευσταθές με πλήρες φορτίο, να έχει ανεπαρκή ε. χωρίς φορτίο (ή μπορεί να συμβεί μια αντίστροφη κατάσταση, όπως π.χ. στα πορθμεία, στα οποία το φορτίο βρίσκεται συνήθως στα ανώτερα καταστρώματα). Στην πρώτη περίπτωση, τυπική στα κενά φορτηγά σκάφη, γεμίζουν συνήθως τα διπύθμενα με θαλασσινό νερό το οποίο αποτελεί ένα πρόσκαιρο έρμα, το οποίο, εξαιτίας της θέσης του, χαμηλώνει το κέντρο βάρους και συνεπώς βελτιώνει την ε. Λέμε τότε ότι το πλοίο ταξιδεύει ερματισμένο. Μερικές φορές, αυτή η φόρτωση του κάτω μέρους έχει μόνιμο χαρακτήρα και πραγματοποιείται με πλάκες από χυτοσίδηρο, οι οποίες στη γλώσσα των ναυτικών ονομάζονται χελώνες. Η φόρτωση, η εκφόρτωση ή η μετατόπιση φορτίων επηρεάζουν με διάφορους τρόπους την ε. Ιδιαίτερα μια αύξηση του βάρους, κάτω από την ίσαλο γραμμή, αυξάνει την ε. γιατί χαμηλώνει το κέντρο βάρους. Αν η μεταβολή του φορτίου δεν γίνει πάνω στην κατακόρυφο που διέρχεται από το κέντρο βάρους, έχουμε και κλίση του πλοίου ως προς τον διαμήκη και εγκάρσιο άξονα. Ιδιαίτερα επικίνδυνα για την ε. είναι τα κινητά φορτία όπως, για παράδειγμα, υγρά ή δημητριακά φορτωμένα σε δεξαμενές ή αμπάρια που δεν είναι πλήρη. Όταν πράγματι ένας χώρος περιέχει, σε ελεύθερη επιφάνεια, ένα υγρό φορτίο, ή ένα φορτίο που εξομοιώνεται με υγρό, έχουμε ελάττωση της ε. γιατί, όταν το πλοίο κλίνει, το κέντρο βάρους του φορτίου μετακινείται προς την κεκλιμένη πλευρά. Σε ένα πλοίο στο οποίο δεν έχει στερεωθεί προσεκτικά το φορτίο, μπορεί μια ισχυρή κλίση να μετακινήσει το φορτίο τόσο πολύ ώστε το πλοίο να μην μπορέσει να ανορθωθεί και, αν η τιμή της κλίσης είναι σημαντική, μπορεί να διαταραχθεί η ε. του. Σε ανάλογη κατάσταση βρίσκεται ένα πλοίο, όταν εξαιτίας ρήγματος, έχει εισχωρήσει πολύ νερό σε πλευρικά διαμερίσματα. Σε τέτοιες περιπτώσεις προσπαθούν να αποκαταστήσουν κατά το δυνατόν την ε. κατακλύζοντας με νερό διαμερίσματα της αντίθετης πλευράς του πλοίου, ώστε να εκμηδενιστεί ή να ελαττωθεί η ροπή ανατροπής. Μια άλλη περίπτωση κατά την οποία η ε. μπορεί να μειωθεί σοβαρά είναι όταν συμβεί προσάραξη, η οποία συχνά συνοδεύεται από ρήγματα στα τοιχώματα με ταυτόχρονη είσοδο νερού. Αν θεωρήσουμε μια προσάραξη χωρίς ρήγμα, η κατάσταση του προσαραγμένου πλοίου είναι εκείνη που θα προκαλούσε φόρτωση κάτω από την ίσαλο γραμμή ενός φορτίου F ίσου προς την αντίδραση του πυθμένα στο σημείο προσάραξης Β (σχ. 5). Τότε η ε. ελαττώνεται γιατί το κέντρο βάρους, εκτός από την οριζόντια μετακίνηση, ανυψώνεται και κατακόρυφα. Ιδιαίτερα επικίνδυνη είναι η κατάσταση ενός πλοίου όταν προσαράξει στο ψηλό σημείο της παλίρροιας γιατί, με τις διαδοχικές υποχωρήσεις της στάθμης, είναι δυνατόν να προκύψει τέτοια αύξηση της αντίδρασης του πυθμένα ώστε να μηδενιστεί η εγκάρσια ευστάθεια. Η δυναμική ε. μπορεί να μελετηθεί και αυτή από τη διαμήκη και εγκάρσια άποψη, αλλά και γι’ αυτήν επίσης μόνο η δεύτερη περίπτωση παρουσιάζει μεγάλη σημασία. Για να κλίνουμε ένα πλοίο, που βρίσκεται σε υγρό ήρεμο και χωρίς εσωτερικές τριβές, σε μια ορισμένη γωνία α, πρέπει να δαπανήσουμε ένα υγρό, που προφανώς είναι ίσο προς το ανθιστάμενο έργο, το οποίο προέρχεται από το ζεύγος ε. Το μέγεθος αυτού του έργου, που εκφράζεται ως SD (r – a), παριστάνεται από την επιφάνεια του διαγράμματος ε. που περιλαμβάνεται μεταξύ των κλίσεων 0° και a. Η ολική επιφάνεια του διαγράμματος ε. μεταξύ a = 0° και της γωνίας ανατροπής αναπαριστά το σύνολο του έργου που αντιστέκεται και που μπορεί να αντιτάξει το πλοίο στις δυνάμεις που τείνουν να το ανατρέψουν. Το μέγεθος αυτού του έργου ονομάζεται ολικό απόθεμα ε. Το πλοίο θα πρέπει να έχει ευστάθεια, δηλαδή την ικανότητα να επανέρχεται στην κανονική θέση ισορροπίας αφού έχει καταδυθεί για οποιαδήποτε αιτία (φωτ. ΑΠΕ). Η ευστάθεια του πλοίου μπορεί να μειωθεί σοβαρά όταν συμβεί προσάραξη, η οποία συχνά συνοδεύεται από ρήγματα στα τοιχώματα και ταυτόχρονη είσοδο νερού (φωτ. ΑΠΕ). Η ροπή του ζεύγους ευστάθειας αυξάνεται αρχικά μαζί με τη διατοίχιση και μετά ελαττώνεται ώσπου να μηδενιστεί για μια γωνία που περιλαμβάνεται μεταξύ 601396991858 και 901396991858. Αν η κλίση υπερβεί αυτή την τιμή έχουμε ανατροπή (φωτ. ΑΠΕ). Στο σχ. 1, θέση ενός υποβρυχίου σε κατάδυση: η θέση του κέντρου της τρόπιδας δεν μεταβάλλεται με τη μεταβολή της κλίσης· το G είναι χαμηλότερα από το C. Στο σχ. 2, μετατόπιση του C κατά την κλίση του πλοίου, εμφάνιση του ανορθωτικού ζεύγους και θέση του εγκάρσιου μετάκεντρου Μ. Στο σχ. 3, κατάσταση στην περίπτωση προνευστασμού της πλώρης. Στο σχ. 4, διάγραμμα ευστάθειας· ac είναι η γωνία ανατροπής. Το σχ. 5 παριστάνει σχηματικά το αποτέλεσμα που έχει επί της διαμήκους ευστάθειας μία προσάραξη στο πρωραίο τμήμα του σκάφους· F είναι η αντίδραση του πυθμένα στο σημείο προσάραξης Β.

* * *

η (Α εὐστάθεια και εὐσταθία, Α και εὐσταθίη) [ευσταθής]

1. το να στέκει κάτι καλά, η σταθερότητα (α. «η ευστάθεια τού πλοίου» β. «ὑπὲρ εὐσταθείας τῶν ἁγίων τοῡ θεοῡ ἐκκλησιῶν»)

2. ησυχία, ασφάλεια («εὐστάθεια κατὰ τὰς πόλεις», Φίλ.)

3. ψυχική ισορροπία («ευστάθεια χαρακτήρα»)

αρχ.

1. (για τη σωματική υγεία) καλή κατάσταση

2. (για πρόσ.) αυτοκυριαρχία, αυτοσυγκράτηση («εὐστάθεια ὁρμῶν» — η εγκράτεια στις ορμές, Στωικ.).