28/11/2025
لحل مسألة اتزان ودرافت سورفي لسفينة حاويات، يجب أن نتبع خطوات دقيقة في تحديد القوى والعزوم المؤثرة على السفينة، وتوزيع الحاويات، وحساب مركز الثقل ومركز الطفو. "درافت سورفي" (Draft Survey) هو قياس العمق الذي تغمر فيه السفينة في الماء لتحديد وزن السفينة وحمولتها بناءً على التغير في مستوى الماء بعد تحميل السفينة أو تفريغها.
1. الفهم الأساسي:
المركز الطفو (B): هو النقطة التي تتجمع فيها القوة الطافية على السفينة، وهي تقع عادة في خط موازٍ للسطح المائي.
مركز الثقل (G): هو النقطة التي يتم اعتبارها مركزًا لجميع القوى المؤثرة على السفينة، وهو يعتمد على توزيع الوزن داخل السفينة.
الاستقرار: السفينة تكون مستقرة إذا كان مركز الثقل G يقع أسفل مركز الطفو B.
2. مفاهيم وقياسات مهمة في مسألة اتزان ودرافت سورفي:
الدرافت (Draft): هو عمق السفينة تحت سطح الماء. هذا يشير إلى مدى غمر السفينة في الماء، ويمكن أن يختلف هذا تبعًا للوزن العام للسفينة (بما في ذلك الحمولات) والظروف المحيطية.
الاستقرار: يتطلب حساب المسافة بين مركز الطفو G ومركز الثقل B، والتحقق من استقرار السفينة.
3. خطوات الحل (درافت سورفي):
الخطوة 1: جمع المعلومات الأساسية:
الأبعاد الهندسية للسفينة: الطول والعرض والارتفاع.
الوزن الإجمالي للسفينة (W): يتضمن وزن السفينة وحمولتها.
العمق السفلي (draft): هو العمق الذي تغمر فيه السفينة في الماء.
وزن الحاويات: مجموع الوزن الموزع عبر السفينة.
الخطوة 2: حساب قوة الطفو:
قوة الطفو هي وزن الماء المزاح من السفينة ويمكن حسابها باستخدام قاعدة أرخميدس:
B = \rho \times V \times g
هو كثافة الماء (تقريبًا 1000 كجم/م³).
هو حجم الماء المزاح (حجم السفينة تحت الماء).
هو تسارع الجاذبية (9.81 م/ث²).
الخطوة 3: حساب التغير في الدرافت:
درافت سورفي يعتمد على قياس الفرق في الدرافت قبل وبعد تحميل السفينة. من خلال قياس التغير في عمق السفينة في الماء، يمكن حساب وزن الحمولة.
درافت مبدئي (قبل التحميل): يتم تحديد العمق الأولي للسفينة قبل تحميل الحاويات.
درافت بعد التحميل: يتم قياس العمق بعد تحميل الحاويات.
الفرق بين الدرافتين يعطي كمية الماء المزاحة والتي ترتبط بشكل مباشر بوزن الحاويات الجديدة:
\Delta \text{Draft} = \text{Draft after loading} - \text{Draft before loading}
ومن ثم، يتم استخدام هذا الفرق لحساب الوزن الذي تم تحميله في السفينة.
الخطوة 4: حساب مركز الثقل (G):
بعد تحميل الحاويات، يتم تحديد مركز الثقل للسفينة. إذا كانت الحاويات موزعة بشكل غير متوازن، فإن مركز الثقل يتحرك.
إذا كانت السفينة تحمل عدة حاويات، فإن مركز الثقل للسفينة بعد تحميل الحاويات يعتمد على توزيع الحاويات:
G = \frac{\sum W_i \times x_i}{\sum W_i}
هو وزن الحاوية .
هو الموقع الأفقي لمركز ثقل الحاوية بالنسبة لمركز السفينة.
الخطوة 5: حساب العزوم:
بعد تحديد مركز الثقل، يتم حساب العزوم الناتجة عن القوى المؤثرة. على سبيل المثال:
M = W \times d
هو العزم الناتج.
هو الوزن (الحمولة).
هو المسافة بين مركز الثقل ومركز الطفو.
الخطوة 6: الاستقرار (مقارنة بين G وB):
استقرار السفينة: السفينة مستقرة إذا كان مركز الثقل G تحت مركز الطفو B.
إذا كانت السفينة تميل أو تميل عند تحميل الحاويات، فإن عزم الاستقرار يساعد في تحديد ما إذا كانت السفينة ستستعيد وضعها المستقر.
حساب عزم الاستقرار:
GZ = GM \times \sin(\theta)
هو المسافة بين مركز الثقل ومركز الطفو .
هي زاوية الميل للسفينة.
4. مثال تطبيقي:
نفترض أن لدينا سفينة حاويات طولها 150 مترًا، عرضها 30 مترًا، عمقها 10 مترًا، وتزن 20,000 طن عند تحميلها.
1. قبل التحميل (Draft قبل التحميل):
الدرافت قبل التحميل 7 متر.
2. بعد التحميل (Draft بعد التحميل):
الدرافت بعد تحميل الحاويات 8 متر.
3. الفرق في الدرافت:
متر.
بناءً على هذه البيانات، نقوم بحساب حجم الماء المزاح باستخدام معادلة الطفو، ومن ثم تحديد وزن الحمولة المضافة بناءً على الفرق في الدرافت.
4. حساب مركز الثقل:
لنفترض أن الحاويات موزعة بشكل متساوي. نحسب مركز الثقل بناءً على وزن الحاويات.
5. حساب العزوم:
نحدد العزوم الناتجة عن التحميل وتوزيع الحاويات على السفينة.
6. التأكد من استقرار السفينة:
نتحقق من المسافة بين مركز الثقل G ومركز الطفو B لضمان أن السفينة مستقرة.
