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2 L'imbarcazione

2-1 Lo scafo

2-1-1 Caratteristiche dello scafo

La principale classificazione degli scafi e' fatta in base al tipo di navigazione.
Il piu' antico e' il tipo Dislocante che, date le caratteristiche di forma della carena (parte immersa dello scafo) e di peso dell'imbarcazione naviga con una rilevante parte di scafo sommersa.
I vantaggi sono : maggiore abitabilita', migliore comportamento con mare forte e, date le basse velocita' consentite, minore potenza del motore.
Per contro non consente velocita' rilevanti ( oltre un certo limite, correlato alla lunghezza dello scafo,la velocita' aumenta di poco o nulla all'aumentare della potenza del motore ).
L'altro tipo e' lo scafo Planante, nel quale ragginta la velocita' di planata, lo scafo emerge dall'acqua rimanendo sommerso per una quantita' minima.Questo tipo di navigazione consente velocita' anche molto elevate e non strettamente legate alla lunghezza dello scafo.
Per contro gli scafi plananti sono, generalmente, piu' bassi e quindi meno abitabili e necessitano di una potenza notevolmente superiore.
Per avere un'idea delle differenze, nella tabella sottostante, sono riportate le caratteristiche principali di uno scafo dislocante e di uno planante delle stesse dimensioni, entrambe con motorizzazione entrobordo.
Gli scafi descritti sono solo un esempio indicativo, esistono molti altri modelli che realizzano un compromesso tra abitabilita' e velocita', ad esempio gli scafi semiplananti che non realizzano una planata perfetta, quindi hanno velocita' piu' contenute, ma offrono una abitabilita' migliore.

2-1-2 La stabilita' dello scafo

In navigazione l'imbarcazione e' soggetta due movimenti periodici :il Beccheggio e il Rollio.
Il beccheggio e' causato dalle onde di prua o di poppa che causano lo spostamento in verticale.
Il rollio e' generato delle onde prese trasversalmente e causano l'oscillazione trasversale, pericolosa per la possibilita' di rovesciamento.

L'imbarcazione e' soggetta a due forze : il peso, diretto verso il basso e la spinta dell'acqua diretta verso l'alto.Per il galleggiamento deve essere :

Peso = Spinta

Il peso e' la risultante di tutte le forze peso della barca, cioe' scafo,motore,passeggeri ecc.
Ai fini dei calcoli di stabilita' questa forza, risultante dalla somma dei pesi (in figura P), si puo' considerare come applicata in un punto detto Centro di gravita', in figura indicato con G. (vedi Nota 1).
Analogamente la spinta ( S in figura)e' la risultante di tutte le spinte dell'acqua sullo scafo e si puo' considerare applicata ad un punto detto Centro di carena, indicato con C.
In condizioni di stabilita' le due forze (P e S) si trovano sulla stessa verticale, sono di segno opposto e di uguale grandezza.
Caricando l'imbarcazione, ad esempio con passeggeri, il peso P aumenta, di conseguenza deve aumentare la spinta S, quindi lo scafo si immerge di una piccola quantita' in piu' tale da compensare, con l'aumento di spinta ( vedi Nota 2), l'aumento di P.
Durante la navigazione, sia per effetto delle onde che per le manovre, specie se effettuate in velocita', l'imbarcazione subisce delle sbandate, cioe' delle inclinazioni anche notevoli rispetto all'asse verticale che ,se lo scafo non ha buone proprieta' di stabilita' possono condurre al rovesciamento.

Con riferimento alla figura a lato, in caso di sbandamento la forza peso rimane applicata al centro di gravita' mentre la risultante (S) di spinta dell'acqua si sposta a causa della differente immersione dello scafo.
Si crea cosi' una coppia formata dalle forze ( uguali e contrarie) P ed S con il braccio B ( il braccio di una coppia e' la distanza tra le due forze) che tende a raddrizzare la barca.
La condizione di stabilita' si ha fino a che il Metacentro ( in figura il punto M) si trova sopra al centro di gravita'.
Con l'aumentare dello sbandamento il centro di spinta si sposta verso il basso, fino ad arrivare sotto al centro di gravita' causando l'inversione della coppia con annullamento dell'effetto raddrizzante (vedi figura a destra).Per questo motivo hanno una maggiore stabilita' le imbarcazioni dislocanti in cui il centro di gravita' e' piu' in basso che nelle plananti.

2-1-3 Riserva di galleggiabilita

La riserva di galleggiabilita' consiste nel sistemare a bordo un volume chiuso, in cui non possa entrare l'acqua, che in caso di falla nello scafo possa fornire la spinta necessaria a compensare i pesi presenti a bordo, impedendo l'affondamento.
La realizzazione e' molto semplice.Dopo aver calcolato il volume necessario, come indicato piu' oltre, si creano zone riempite con materiale molto piu' leggero dell'acqua, ad esempio schiuma di polistirolo, la cui somma dei volumi sia pari al volume calcolato.
L'unica accortezza consiste nel non utilizzare zone molto basse, quali la sentina, che, in caso di affondamento, sosterrebbero l'imbarcazione capovolta.
Il calcolo del volume necessario ad ottenere la riserva di galleggiamento si ottiene sommando i pesi di tutti gli oggetti non galleggianti presenti a bordo e detraendo il volume occupato da ciascun oggetto.
Tale differenza (peso - volume, vedi Nota 3) e' il volume da occupare con la schiuma.
Il volume degli oggetti, difficile da valutare, puo' essere ricavato dividendo il peso per la densita' del materiale di cui e' costituito l'oggetto ( per definizione la densita' e' il rapporto tra peso e volume o, in altre parole e' il peso di un decimetro cubo di materiale).
Ad esempio :
Per calcolare il volume necessario a compensare un motore di peso = 250 Kg si procede come segue :

Motore peso = 250 Kg

Materiale Ferro densita' = 8 Kg/dm cubo (circa)

Volume (motore) = 250/8 = 31,25 dm cubi quidi se immerso riceve una spinta pari a 31,25 Kg

Volume di compensazione = 250 - 31,25 = 219 dm cubi (circa)

Se il motore fosse di Alluminio che ha densita' di circa 2,7 Kg/dm cubo, a parita' di peso, il volume sarebe di circa 92 dm cubi (250/2,7) con un volume di riserva pari a 158 dm cubi.

Il calcolo precedente si deve applicare solo agli oggetti che risulteranno immersi, mentre per quelli emersi il peso fornisce direttamente il volume (in decimetri cubi) della riserva di galleggiamento.
La tabella che segue contiene un esempio relativo ad una imbarcazione di legno o vetroresina, il cui scafo ,costruito con materiale galleggiante, non necessita di compensazione.

* La chiglia normalmente non e' presente sugli scafi a motore, e' stata inserita solo come promemoria se si deve svolgere il calcolo per barche a vela.

** Queste voci sone relative ad elementi emersi quindi senza contributo al galleggiamento, per i quali non si applica alcuna riduzione di peso.
Si noti che nel caso di barche a vela occorre aggiungere agli elementi emersi l'albero e il sartiame ( ordine di grandezza 60/80 Kg).

In conclusione per rendere inaffondabile lo scafo dell'esempio occorre un volume di compensazione pari a 787 decimetri cubi.
Se lo scafo fosse in ferro ne occorrerebbero 2100 (787 + 1313).

Nota 1
Il calcolo del centro di gravita' ( Baricentro ) puo' essere sviluppato rapidamente solo per forme semplici.Nel caso di imbarcazioni, con profili e distribuzione dei pesi molto complessi e' un calcolo difficile svolto con complicati metodi grafici.
In linea di principio il calcolo si svolge dividendo l'imbarcazione in tanti piccoli volumi, di dimensioni tali da poter assumere che il loro peso sia concentrato in un punto.Si calcola il "momento" di tali pesi rispetto al baricentro ( il momento e' il prodotto del peso per la distanza dal baricentro), si ottengono cosi' tanti prodotti dei piccoli pesi per la loro distanza dal baricentro.Per la proprieta' del baricentro la loro somma (algebrica) deve essere nulla, sviluppando tale calcolo si puo' determinare, in condizioni non troppo complesse, la posizione del baricentro ( in realta' l'operazione indicata come somma e' un integrale, il cui calcolo, a volte, puo' non essere possibile se non con metodi grafici).
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Nota 2
La spinta ricevuta e' pari al peso di acqua spostato che coincide con il volume espresso in litri o in decimetri cubi ( 1 litro = 1 decimetro cubo e pesa 1 Kg).
Ad esempio uno scafo di forma cubica ( come una scatola) se deve sostenere il peso di 100 Kg e' necessaria una pari spinta, quindi deve immergersi di una quantita' tale che il peso dell'acqua spostata sia pari a 100Kg, cioe' deve spostare un volume pari a 100 decimetri cubi.
Supponendo che i lati siano rispettivamente 70 cm e 80 cm l'area (in decimetri) e' : 7 x 8 = 56 decimetri quadrati, quindi per ottenere 100 decimetri cubi di acqua spostata,pari a circa 100 Kg, si avra' un affondamento di circa 1,8 dm ( 56 x 1,8 = 100,8).
La densita' dell'acqua, uguale ad 1 ( 1KG per decimetro cubo,cioe' per litro) e' determinante per il galleggiamento, al punto che fenomeni che variano la densita' possono causare l'affondamento delle imbarcazioni.
A riguardo sono state condotte delle prove in zone dove la presenza di sorgenti sotterranee di gas producevano notevoli bollicine nell'acqua, con il risultato di confermare la diminuzione di galleggiabilita' fino all'affondamento, anche in presenza di fenomeni non eccessivamente vistosi.
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Nota 3
Un oggetto immerso riceve,comunque, una spinta dall'acqua uguale al peso dell'acqua spostata.Se l'oggetto e' immerso il volume spostato e' pari a quello dello stesso oggetto, quindi la spinta ricevuta, uguale al peso dell'acqua spostata, e' pari al volume dell'oggetto espresso in decimetri cubi.
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