El concepto fundamental que utilizaremos para el análisis físico del barco será la estabilidad.
La estabilidad es la capacidad del cuerpo, en este caso del bote, para volver a su posición de equilibrio, luego de parar de aplicar la fuerza externa que lo había sacado este mismo. Para simplificar el análisis de esta definición, supondremos primero que el barco esta prado, y que el movimiento realiozado por la fuerza externa es pequeño.
Para que el barco esté en equilibrio debe cumplir dos condiciones:
i) Suma de fuerzas sobre él igual a 0. En particular, el peso igual al empuje.
ii) Centro de gravedad del barco y centro de carena en la misma vertical.
Barco en equilibrio
D: Peso del barco aplicado sobre el centro de gravedad
E: Empuje aplicado sobre el centro de carena.
Dada esta definición de estabilidad, el equilibrio puede ser estable o inestable, en otras palabras, si tiene la capacidad de volver a la posición inicial de equilibrio, será estable y en el otro caso, inestable.
Grados de libertad del barco
Un barco en reposo posee 6 grados de libertad: 3 de traslación y 3 de rotación.
Los 3 movimientos de traslación realizados a lo largo de los ejes X, Y, Z (ver figura) se denominan respectivamente, movim ientos de traslación longitudinal, transversal y vertical. El barco puede tener equilibrio no estable o indiferente, para los movimientos de tralación longitudinal y transversal ya que no varían las condiciones de equilibrio, mientras que en el movimiento verticalel equilibrio es siempre estable ya que como varía el volumen sumergido, variará también el empuje, por lo cual la tendencia del barco será de recuperar la flotación inicial, es decir, de volver a la condición de equilibrio inicial en la que el empuje es igual al peso.
Los tres movimientos de rotación se realizarán con respectos tres ejes x, y, z paralelos a los X, Y, Z del sistema original de coordenadas, los cuales tendrán su origen en F, llamado centro de flotación. Estos movimientos se denominan respectivamente balance, cabeceo y guiñada.
i) Balance: Movimiento de rotación alrededor del eje longitudinal x. En este movimiento se modifica la forma del volumen sumergido, por lo que cambiará la posición del centro de carena afectando de esta manera la segunda condición de equilibrio: centro de gravedad y centro de carena en la misma vertical por lo que el equilibrio puede ser estable o inestable. Este fenómeno se conoce como estabilidad transversal del barco.
ii) Cabeceo: Movimiento de rotación alrededor del eje longitudinal y. Al igual que en el balance, en este movimiento movimiento se modifica la forma del volumen sumergido, por lo que cambiará la posición del centro de carena afectando de esta manera la segunda condición de equilibrio. El equilibrio puede ser estable o inestable aunque este último en la práctica se da muy poco. Este fenómeno se conoce como estabilidad longitudinal del barco.
iii) Guiñada: Movimiento de rotación alrededor del eje vertical z. Como no varían ninguna de las condiciones de equilibrio con este movimiento, el equilibrio será indiferente.
Por todo lo dicho anteriormente nos centraremos en el estudio de la estabilidad transversal del barco, ya que es la que más problemas nos podría causar al momento de diseñar el puente.
Como vimos en el curso, al estudiar la estabilidad de cuerpos sumergido, obtuvimos para el siguiente caso las correspondientes relaciones de estabilidad:
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