Вынужденные колебания судна имеют период, равный периоду волн, раскачивающих судно. Что это за период?
Легче всего определить этот период во время морской зыби, то есть волнения при стихшем ветре. Тогда волны движутся так, как это изображается в театрах: перемещают огромное полотно, а зрителям кажется, что волнуется море.
По всему морскому простору, ряд за рядом, бегут вдаль громадные, округлые, без пенных гребней волны. Это выведенное из покоя море никак не может еще утихомириться.
Морская зыбь дает возможность легко различить самое высокое место волны — ее гребень и самое низкое — подошву. Вот мы наблюдаем, как гребень одной волны прошел какую-то точку. Затем через эту же точку проскочил гребень следующей волны. Периодом волны и называют то время, за которое два гребня последовательно идущих волн пройдут одну и ту же точку.
Еще легче определить период волн, если проследить качание на мертвой зыби какого-либо буйка. Для этого надо, конечно, иметь секундомер. Начнет буек подниматься кверху, — нажмите кнопку. Опустится буек на прежнее место и опять начнет подниматься, — остановите стрелку. Секундомер как раз и отсчитает вам в секундах период волны Размеры волн и их период бывают очень большой величины. Зимою в океанах встречаются волны длиною до 300 метров и периодом больше 12 секунд. Их высота доходит до 12 метров, а иногда и до 20 метров.
Самым опасным для судна при качке является случай совпадения периода свободных колебаний судна с периодом волны. Размах качки сразу достигает 40–60°. Тут судне может даже опрокинуться. Чтобы избежать этого, опытные капитаны своевременно меняют курс. Они так направляю! судно относительно гребней волн, чтобы сразу же изменить соотношение между периодом свободных колебаний и периодом волны. Тогда судно будет качаться меньше и спокойнее.
Ученые давно уже добиваются того, чтобы качка не мучила людей и не мешала работать морякам. В результате было придумано много средств для успокоения качки, удачных и неудачных. О них мы теперь и расскажем.
Успокоители качки
Для уменьшения бортовой качки ставят боковые кили. Это широкие, наклонные книзу, стальные полосы шириной в 400–700 миллиметров. Их крепят к подводной части борта, поближе к днищу, — как говорят моряки — на скуле. Боковые кили сдерживают размахи судна, тормозят их, опираясь на воду. Опытом установлено, что боковые кили на одну треть уменьшают размахи качки. Они не избавляют людей от «морской болезни», но зато уменьшают вредное действие качки на прочность корпуса судна.
Боковые кили.
Первым, кто попытался избавить людей от мучений при качке, был английский инженер Бессемер. По профессии Бессемер был металлургом. Но непредвиденное обстоятельство заставило его стать кораблестроителем. Как-то, путешествуя по морю, Бессемер попал в сильный шторм. Много часов прокачался он на пароходе, насмотрелся на страдания людей от ужасной качки. И Бессемер решил создать такой пароход, где пассажиры чувствовали бы себя, как на твердой земле. Несколько лет добивался он своей цели.
И вот в 1875 году был спущен на воду невиданный пароход «Бессемер». Внешне он особенно не отличался от других пароходов. Зато его внутренность изумляла всех.
Судно Бессемера.
В средней части судна был выгорожен огромнейший «ящик». В нем размещались все пассажирские помещения. «Ящик» не составлял одного целого с корпусом парохода. Он как бы вставлялся внутрь судна и подвешивался на осях к раме, накрепко соединенной с корпусом. Рама была устроена так, что, как бы пароход ни качался, «ящик» всегда оставался в одном — горизонтальном положении.
По замыслу Бессемера, это должно было избавлять пассажиров от неприятностей при бортовой качке. Бессемер не забыл и о продольной качке парохода. Чтобы уменьшить ее влияние, он сделал пароход очень длинным.
Казалось, Бессемер все предусмотрел, чтобы люди не страдали при качке. Пусть на море бушует шторм, пускай пароход качается как угодно, пассажиров это не должно касаться.
Но все же Бессемер не был специалистом кораблестроения. Поэтому он не предусмотрел главного, — как будет плавать такой пароход. При первом же рейсе это и сказалось. Чересчур тяжелый «ящик», качаясь на раме, часто нарушал равновесие судна. «Бессемер» терял остойчивость. Много хлопот доставляла капитану и большая длина парохода. Такой пароход плохо слушался руля.
Однажды при входе в порт Кале он совсем отказался повиноваться рулевому. С полного хода врезался «Бессемер» в каменный мол. Его носовая часть превратилась в кашу из обломков.
Бессемер не стал чинить свой пароход. Он потерял навсегда всякий интерес к кораблестроению.
После Бессемера немало изобретателей и ученых работало над созданием успокоителей качки. Было предложено множество различных систем. Но только немногие из них получили право на жизнь и на широкое применение.
Очень интересный тип успокоителя качки для военных кораблей был разработан в 1894 году выдающимся флотоводцем и ученым — адмиралом Степаном Осиповичем Макаровым.
Степан Осипович Макаров.
Успокоитель Макарова выгодно отличался от успокоителей других систем простотой и дешевизной своего устройства и в то же время сильным противодействием качке. Впоследствии появился усовершенствованный и приспособленный для торговых судов успокоитель Фрама. Его устройство состоит из двух цистерн, выгороженных по бортам парохода. По высоте они расположены между днищем и палубой. Длина их не более десяти метров. Цистерны соединены трубой или каналом, продолженным по днищу. Получается вроде сообщающихся сосудов, у которых вода налита до половины высоты. Наверху цистерны сообщаются между собой воздушной трубой. Посредине трубы установлен регулирующий клапан. Через него можно перепускать сжатый воздух то в одну, то в другую цистерну. Как же действует такой успокоитель?
Успокоительные цистерны.
Представьте себе человека с коромыслом на плечах. На концах коромысла прикреплены одинаковые ведра, наполненные водой. Пока концы уравновешены, человеку легко качать коромысло. Он может так его качать, что ведра будут достигать земли. Теперь навесим на один конец еще одно полное ведро. Тут уж такой легкости качания не будет. Ясно, что конец с двумя ведрами будет подниматься медленно и с большим усилием. Если перенесем добавочное ведро на другой конец коромысла, получится обратная картина.
Этот пример с ведрами мы и используем, чтобы понять действие успокоителя Фрама. Вот пароход при качке накренился вправо. Тогда и всю воду перегоняют вправо, но не сразу, а небольшими порциями. Если перегнать сразу, то вода своей тяжестью только поможет качке. А нужно, наоборот, чтобы она препятствовала. Воду перегоняют с таким расчетом, чтобы цистерна правого борта заполнилась в тот момент, когда этот борт начнет подниматься. Вот тогда полностью заполненная цистерна и будет вроде добавочного ведра на коромысле. Она будет уменьшать размах качки Дальше начинает крениться левый борт. Вода тем же порядком перегоняется влево. Когда левый борт начинает подниматься вверх, в действие вступает целиком заполненная цистерна этого борта. Это похоже на то, как если бы мы перенесли добавочное ведро с водой на другой конец коромысла.
Так попеременное переливание воды с одного борта на другой в несколько раз уменьшает размахи качки.
