Věda a technika v pozadí
Teorie
V kapalině plavou také tělesa zhotovená z materiálu o větší hustotě, než je hustota kapaliny. Na tomto poznatku je založena stavba lodí. Vzhledem k velkému vytlačenému objemu vody a menší průměrné hustotě lodi zůstává značná část konstrukce lodi pod hladinou. Loď se nepotopí, protože obsahuje dutiny vyplněné vzduchem, jehož hustota je velmi malá, takže průměrná hustota tělesa je pak menší než vody. Charakteristickou vlastností lodí je nosnost. Udává se jako hmotnost přípustného lodního nákladu při plném ponoru lodi. Je to rozdíl mezi hmotností plně naložené lodi a lodi prázdné. Hmotnost lodi i s nákladem se nazývá tonáž (uvádí se v tunách). Plná tonáž je dána ponořením lodi po tzv. čáru ponoru. Přitom hmotnost vytlačené vody neboli výtlak lodi je rovna tonáži. Protože slanost vody v některých mořích kolísá, je různý i ponor lodi. Poblíž ponorné čáry se používá tzv. Lloydova značka – znak, který ukazuje výšku nejvyšší přípustné čáry ponoru ve vodě různé hustoty (slanosti). S tímto maximálním nákladem se ponoří nejhlouběji v sladké vodě v tropech (to ukazuje značka TF – Tropical Fresh Water) a nejméně hluboko v severním Atlantském oceánu v zimě, kde je voda nejslanější (značka WNA – Winter North Atlantic).
Lloydovy značky.
Zdroj: commons.wikimedia.org. Public domain.
Podle principu akce a reakce působí plovoucí těleso na kapalinu svou tíhou soustředěnou v jeho těžišti a rovněž kapalina působí na těleso vztlakem rovným tíze tělesa. V obecném případě tvoří tyto dvě síly dvojici, která natáčí plovoucí těleso do takové polohy, v níž obě síly leží na společné svislici, kterou nazýváme osou plování. O stabilitě plování tělesa rozhoduje vzájemná poloha tzv. metacentra a těžiště. Metacentrem nazýváme průsečík vztlakové síly s osou plování při vychýlení osy plování ze svislé polohy. Je–li metacentrum nad těžištěm, stáčí dvojice sil, vzniklá vychýlením osy plování, těleso zpět do původní polohy. Takovou polohu tělesa nazýváme stabilní (stálou). Kdyby leželo metacentrum pod těžištěm, pak by dvojice sil výchylku ještě zvětšovala, a to tak dlouho, pokud by těleso nepřešlo do nějaké stabilní polohy. V tom případě hovoříme o poloze labilní (vratké). V případě, že metacentrum splývá s těžištěm tělesa, hovoříme o poloze indiferentní (volné).
Metacentrum.
Zdroj: Techmania Science Center. Autor: Magda Králová. Under Creative Commons.
Znalost polohy metacentra je důležitá u lodí, u nichž se s ohledem na složitost tvarů a struktur hustot látek obtížně určuje. Je–li metacentrická výška lodi velká, je loď sice stabilní, avšak do své rovnovážné polohy se při kymácení vrací rychle. Je–li metacentrická výška lodi malá, loď se lépe přizpůsobuje vlnám, avšak je labilnější. Uvádí se, že optimální metacentrická výška je kolem 5 % šířky lodi. Labilními loděmi byly například španělské galeony, které měli na zádi až pět pater ubikací.
