V prejšnjem delu smo se posvetili statičnim silam na sidrišču, sedaj pa si poglejmo še dinamične sile, ki so posledica gibanja plovila. Posvetili se bomo homogenim napravam, se pravi jekleni verigi in najlonski vrvi.
Gibanje plovila je posledica uporabe fleksibilnih materialov za privez in spremembe hitrosti vetra. Zaradi tega prihaja do gibanja plovila naprej nazaj. Zaradi inercije plovila, prihaja v priveznih vrveh do dinamičnih preobremenitev, ki so lahko nekajkrat višje kot vlečne sile, ki jih generirajo. Njihova velikost je odvisna od materiala sidrne vrvi in razlike hitrosti vetra v časovnem obdobju.
Glede na navedeno, bi bila idealna sidrna vrv vzmet. Poglejmo si, kaj se zgodi, če Sila F0 = 0 N naraste na Fg=4000 N. Spodnja slika prikazuje, kako se s časom spreminja napetost vzmeti, hitrost gibanja plovila in pozicija plovila. Glede na Newtonov zakon, se začne plovilo gibati nazaj s pospeškom. Vzmet se razteza, dokler njena napetost ne postane enaka Fg. V tem trenutku je pospešek plovila a=0, njegova hitrost gibanja nazaj v=Fg/ √(σ.m) pri čemer so Fg – sila vetra, v- hitrost gibanja plovila, m – masa plovila, σ – togost vzmeti. Na primer če vzamemo podatke Fg=4000 N, ro= 10.000 N/m in m=5000 kg, znaša hitrost gibanja v=0,18m/s (0,34 vozla). Plovilo se nato še vedno giblje nazaj z negativnim pospeškom, dokler se ne ustavi. Doseže mejno razdaljo L (0,8m) in se ustavi, ko vzmet doseže največjo napetost 2Fg. Takoj zatem se moment plovila obrne. Začne se pospeševati naprej, doseže mejno točko z najvišjo hitrostjo vmax in pospešek a=0, in se nato z negativnim pospeškom ustavlja do začetne točke. Gibanje je sinusno in se ponavlja ciklično. Vrednosti vseh parametrov se spreminjajo zaradi upora vode. Ker je hitrost gibanja majhna, je zmanjšanje vrednosti parametrov majhno. V zelo dolgem obdobju, bi se gibanje zaradi upora vode prenehalo.
V realnosti sunki vetra ne dosežejo najvišje hitrosti v trenutku in njihova hitrost ne ostane enaka, temveč se spreminja. Če temu ne bi bilo tako, potem to ne bi bili sunki vetra, temveč veter a konstantno hitrostjo, ki pa se je zvišala. Bolj realen model je, če privzamemo, da je graf hitrosti vetra oblike trapeza. Določimo lahko čas naraščanja hitrosti vetra, dolžino trajanja najvišje hitrosti vetra in nato čas zmanjšanja hitrosti vetra. Poglejmo si kaj se zgodi, če sila vetra F0 = 0 naraste na Fg=4000 N v času 5 sekund. Največja prenapetost vrvi se zaradi tega zmanjša za 10% glede na prejšnji model in upor vode že ima vpliv na sile. Pri težjih plovilih prihaja do večjih prenapetosti vendar variacije ne presežejo 20%.
Dinamične sile za sidrno verigo
Vzemimo primer, da je plovilo s težo m=5000 kg zasidrano na globini 5m, da je dolžina verige 55m in njena debelina znaša 8mm. Predpostavimo, da veter že piha in povzroča silo 1000N, pričakujemo pa sunke vetra, ki dosegajo dvakratno hitrost in zato povzročajo štirikrat višjo silo. Po formulah iz prejšnjega dela lahko izračunamo kritično silo F=3930N, ki bo celotno verigo dvignila z morskega dna. Zato bi moralo sidro zdržati silo f=4000N preden bi popustilo.
Kot vidimo v sliki, spremembe parametrov niso več sinusne. Razlog je nelinearnost razmerja med pozicijo plovila in silo. Najvišje prenapetosti so zaradi tega višje (kot bi bile pri vzmeti). Dosežejo vse do 16.000 N, ker je kar 4 krat več kot statična sila, ki jih generira. Sila je tako velika, da je že blizu pretržne sile verige in možnost, da bo sidro pričelo orati je velika. Kot sile s katero bi veriga vlekla sidro bi narasel na 4 stopinje. Tudi če bi v morje spustili dodatnih nekaj metrov vrvi nebi pomagalo dosti. Če bi na primer dolžina verige znašala 100m, bi to zadoščalo le, da bi bil kot sile na sidro še vedno enak 0 stopinj, največja sila pa bi še vedno znašala 11000 N. Če za izračun upoštevamo, da sunek ne naraste v trenutku, vendar v času 5s, znaša najvišja sile 13500 N, močno pa se zmanjša tudi kot sile, ki deluje na sidro.
Pri gornjih izračunih je upoštevana naravna vendar majhna elastičnost jeklene verige. Če je ne bi upoštevali, bi bile največje prenapetosti neskončne.
Dinamične sile najlonske sidrne vrvi
Če privzamemo prejšnje podatke in verigo zamenjamo z najlonsko vrvjo debeline 18mm, bo slika sile, hitrosti gibanja plovila, premikov plovila in kota sile na sidro naslednja:
Iz slike lahko vidimo, da je obnašanje najlonske vrvi bistveno bolj podobno idealni vzmeti. Problem ostaja velik kot sile s katero vrv deluje na sidro in znaša 4,5 stopinje. Kljub temu lahko trdimo, da bo v solidnem morskem dnu in dobrem sidru, sidro držalo plovilo.
Zaključek
Ker ima sidrna veriga zelo majhno elastičnost, je nevarnost da se strga večja. Pri močnih sunkih vetra moramo prav tako kot pri uporabi najlonske vrvi dolžino močno podaljšati, če želimo, da sidra ne bomo izvlekli. Najlonska vrv je varna za sidranje zaradi svoje elastičnosti, moramo pa uporabiti zelo dolge vrvi, da sidra ne izvlečemo. V manjših sidriščih pa je uporaba dovolj dolge vrvi skoraj nemogoča.
Preberite tudi:
Nasveti za varno sidranje 1. del
Nasveti za varno sidranje 2. del
Nasveti za varno sidranje 3. del
Nasveti za varno sidranje 4. del
Nasveti za varno sidranje 5. del
ali v priročniku SIDRANJE!
Več koristnih nasvetov za varno plovbo na tej povezavi!
Vir: http://alain.fraysse.free.fr/
