Equilíbrio e Estabilidade no Submarino

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Qualquer veículo precisa ter algum grau de estabilidade para não se desequilibrar ou capotar. Um barco convencional tem 3 eixos de rotação que precisam ser equilibrados, seja por métodos estáticos ou dinâmicos:

  1. Arfagem (ou pitch): o giro que levanta ou abaixa a proa (frente) do barco.
  2. Balanço (ou roll): o giro que ergue ou abaixa as laterais do barco, como se estivesse rolando de lado.
  3. Cabeceio (ou yaw): o giro que faz o barco fazer curvas para um lado ou para o outro
Os eixos de rotação de um barco convencional.
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Normalmente o eixo que deseja-se mais estabilizar é o balanço, para impedir que o barco emborque de lado.

O centro de massa (G) mais baixo que o centro de flutuação (A) estabiliza o balanço. Créditos: Fred the Oyster, licença CC BY-SA 4.0.

Um jeito simples de fazer isso é ter o centro de massa do barco mais baixo do que o centro de flutuação. Nessa situação, mesmo que o barco gire um pouco (por conta do vento ou de uma onda), haverá uma força (torque) que tenderá a trazer o barco para a posição original. É o mesmo princípio do “João Bobo” – mesmo que você empurre ele para baixo, ele acaba levantando. Por isso os veleiros tem grandes quilhas debaixo do casco, para garantir que, mesmo sob altas rajadas de vento que fazem o barco inclinar muito, ele nunca capote. No submarino do Manual essa estabilidade é conseguida ao colocar o lastro de chumbo no ponto mais baixo da embarcação.

A grande quilha de um veleiro.

O equilíbrio da arfagem ocorre naturalmente num barco convencional. Se tiver mais peso na frente, a proa vai afundar mais. Porém, ao afundar, ela acaba deslocando mais água, o que gera uma força de flutuação maior, e o barco se equilibra. Mas o submarino não tem a mesma sorte – como ele está inteiro debaixo d’água, inclinar não faz deslocar mais água. Para regular isso, pode-se usar tanto o lastro no assoalho, quanto os tanques de lastro na frente e atrás do submarino. Se quiser que a proa suba, encha mais a popa com água, e vice-versa.

O lastro de chumbo fica nas “caixas” no fundo do submarino para estabilizar o balanço e a arfagem. Os tanques de lastros na proa e popa regulam a arfagem e a profundidade.

O último eixo, o do cabeceio, não é interessante que seja muito estável, senão o barco não consegue fazer curvas. Uma quilha costuma gerar um pouco de estabilidade para o barco conseguir seguir em linha reta e ainda fazer curvas quando necessário. Nesse aspecto, o mesmo se aplica para um submarino. O próprio formato longitudinal (hidrodinâmico) do submarino favorece a passagem de água quando ele segue em linha reta, ainda que possa fazer curvas.

Em resumo, o submarino precisa que seu lastro de chumbo esteja baixo para evitar que ele role de lado ou incline para frente ou para trás, sem que isso afete sua habilidade de fazer curvas. Além disso, seus tanques de lastro podem se encher e esvaziar para controlar tanto sua profundidade quanto sua arfagem.

 

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