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Mechanical Engineering

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Estabilidade de Embarcações Flutuantes

Visão Geral

Fonte: Alexander S Rattner e Kevin Rao Li Departamento de Engenharia Mecânica e Nuclear, Universidade Estadual da Pensilvânia, University Park, PA

O objetivo deste experimento é demonstrar o fenômeno da estabilidade dos vasos flutuantes - a capacidade de auto-direita quando rolado para o lado por alguma força externa. O design cuidadoso das formas do casco e da distribuição interna de massa permite que os navios marítimos sejam estáveis com rascunhos baixos (profundidade submersa do casco), melhorando a manobrabilidade do vaso e reduzindo o arrasto.

Neste experimento, um barco modelo será primeiro modificado para permitir o ajuste de seu centro de massa (representando diferentes cargas) e o rastreamento automatizado de seu ângulo de rolo. O barco será colocado em um recipiente de água, e inclinado para diferentes ângulos com diferentes alturas de seu centro de massa. Uma vez liberado, o movimento de capotamento (tombamento) ou oscilante do barco será rastreado com um software de câmera digital e análise de vídeo. Os resultados para o ângulo máximo estável e a frequência de oscilação serão comparados com os valores teóricos. Os cálculos de estabilidade serão realizados utilizando propriedades geométricas e estruturais do barco determinadas em um ambiente de design auxiliado por computador.

Procedimento

1. Medir o ângulo máximo de estabilidade

  1. Selecione um pequeno barco modelo. Recomenda-se um design de casco relativamente simples para reduzir a complexidade da análise nas Seções 3 e 4.
  2. Conecte um mastro vertical leve de cor brilhante ao barco (azul recomendado). O código MATLAB fornecido rastreia a posição do mastro no vídeo procurando pixels azuis brilhantes na imagem. Se um mastro de cor diferente for usad

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Resultados

Massa total
(m,kg)
Centro de massa
(Hcm,m)
Centro de flutuação
(
Equation 8 , m)
Momento da Inércia
(Izz, kg m2)
0.088
(Passo 3.1)
0.0...

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Aplicação e Resumo

Este experimento demonstrou os fenômenos de estabilidade dos navios flutuantes e como os navios podem permanecer eretos mesmo com centros de massa relativamente altos. Por exemplo, nos resultados representativos, um pequeno barco modelo com um centro de massa (Hcm = 5,3 cm) bem acima da linha de água ( linha h deágua ~ 1 - 2 cm) poderia retornar à sua posição vertical depois de ser inclinado para um ângulo ~25°. Nos experimentos, o ângulo máximo estável foi medido para u...

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