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L'EQUILIBRIO DIPENDE DAL RAPPORTO FRA SPINTA E PESO.
Si tratta di due forze opposte: la spinta si immagina applicata in un punto C detto CENTRO DI SPINTA e il peso in un altro punto G detto BARICENTRO. L'equilibrio dipende dalla posizione di questi due punti. La prima condizione di equilibrio è che il baricentro si trovi più in alto del centro di spinta. Ciò accade normalmente quando lo scafo è simmetrico rispetto ad un piano longitudinale e tale piano è verticale (la nave è "in piedi"): in questo caso baricentro e centro di spinta sono sulla stessa verticale.
Quando la nave è inclinata i due punti non sono sulla stessa verticale perché la parte immersa non è più simmetrica, per cui la spinta cambia di posizione (il modulo, cioè la grandezza, non varia essendo sempre uguale al peso della nave). L'angolo di cui la nave si può inclinare, lo sbandamento, senza correre il rischio di capovolgersi, dipende dalla posizione del baricentro e dalla forma dello scafo. L'equilibrio è poi continuamaente messo in forse dalle azioni del mare e del vento che fanno ruotare la nave sia in senso longitudinale (beccheggio) che in senso trasversale (rollio).
Alcuni esempi serviranno a chiarire questi primi elementi:
a) le petroliere: lo scafo ha un grande volume rispetto al peso "a vuoto" per cui affondano molto poco (hanno un piccolo pescaggio). Quando sono cariche il pescaggio aumenta molto e il baricentro si può trovare anche sotto il centro di spinta. Man mano che avviene la discarica la petroliera si "alza" rispetto al livello del mare e corre il rischio di rovesciarsi per un colpo di vento o di mare. Per evitare ciò la petroliera imbarca acqua che serve come zavorra (peso solitamente inutile e dannoso!). In altri tipi di natante, che non subiscono così grandi variazioni di carico, la zavorra è solida e sistemata nella parte più bassa dello scafo; anche in questo caso però può essere necessario ricorrere ad acqua di zavorra quando nei lunghi viaggi diminuisce il peso del combustibile e dell'acqua dolce.
b) i battelli di fiume: poiché periodicamente l'acqua è bassa e spesso si formano banchi mobili di sabbia, questi battelli hanno il fondo piatto e poco pescaggio. Può bastare un colpo di vento oppure lo spostamento su un solo lato di tutti i passeggeri per produrre il capottamento della nave (è ciò che accade troppo spesso sulle barche da diporto).
c) le barche a vela da "corsa": per poter correre devono pescare poco (la resistenza al moto nell'acqua è molto maggiore di quella nell'aria) ma devono anche poter sbandare molto per fare virate strette. La soluzione è quella di sistemare una pesante zavorra non dentro lo scafo ma sotto la chiglia(1). Se l'equipaggio è numeroso lo si vede correre da un bordo all'altro per fare "da contrappeso" dalla parte del bordo che si sta alzando.
Nella figura a sinistra si è posto G sopra la linea di galleggiamento, ma naturalmente la posizione dipende dall'entità del carico trasportato. La forma della carena non è certo la più adatta per sopportare le sbandate. La forma triangolare infatti non consente di guadagnare molto in fase di sbandata. Osservando la figura a destra si vede che molto facilmente il peso P si porta fuori della spinta S e ciò produce inevitabilmente il ribaltamento. Se la carena avesse la forma della linea rossa, la spinta sarebbe ancora a destra di P e sarebbe in grado di raddrizzare la nave. La forma convessa dello scafo ha proprio la funzione di tenere P a sinistra nella sbandata a destra e viceversa nell'altro caso, naturalmente entro certi limiti.
Dal punto di vista meccanico si ottiene che, aumentando il carico, il baricentro si sposta verso il basso, anche sotto C e in questo caso la spinta è sicuramente raddrizzante. L'aumento di carico però produce un aumento anche dell'affondamento (nonché della resistenza al moto che comporta rallentamento e maggiore consumo di combustibile) quindi una diminuzione del bordo fuori acqua e allora anche un piccolo sbandamento può portare ad imbarcare acqua che produce aumento di carico e quindi di affondamento.
Detta b la distanza fra S e P (da misurare sull'orizzontale ovviamente) per raddrizzare la nave si deve avere un momento S b = P b nel verso opposto a quello della sbandata. Nella figura di destra accade invece proprio il contrario, cioè il momento tende a favorire il ribaltamento.
Come si trova il baricentro di una nave? La cosa a prima vista parrebbe impossibile da eseguire. La soluzione è lunga e laboriosa ma non presenta nessuna difficoltà concettuale: tutto ciò che forma la nave è riportato nei disegni esecutivi e particolareggiati, per cui basta adottare il sistema adottato nel paragrafo sul BARICENTRO, sia per la soluzione grafica che per quella analitica. Della nave nuova e vuota è noto il baricentro: man mano che salgono altri carichi, si conosce il loro peso e la posizione a bordo e quindi, sempre con lo stesso metodo, si calcola la nuova posizione del baricentro.
Naturalmente le maggiori difficoltà si presentano nel primo periodo di navigazione, durante il quale si costruiscono tabelle e diagrammi da utilizzare durante tutta la vita della nave. E' per questo motivo che le operazioni di "messa in servizio" delle navi sono lunghe, minuziose, complicate, talvolta pericolose ed equivalgono alle operazioni di collaudo delle automobili da corsa.
(1) In queste imbarcazioni l'equilibrio è favorito, anche in presenza di forti sbandate, dalla presenza della "deriva", rappresentata da una appendice che si trova sotto lo scafo, di forma idrodinamica, di grande massa (per esempio piombo) che funziona da contrappeso.