Stabilità di peso e di forma

Una delle caratteristiche fondamentali che una barca deve avere è la stabilità: cioè quella qualità che le consente di ritornare alla propria posizione di equilibrio dopo che la forza che aveva perturbato questo equilibrio ha cessato di agire.
Il galleggiamento:

Quando è in condizioni di riposo uno scafo, inteso come semplice corpo galleggiante, è sottoposto a due forze:

• il suo peso, che lo spinge verso il basso e tende a farlo affondare e
• la spinta di galleggiamento, esercitata dall’acqua e di intensità proporzionale alla parte immersa dello scafo, che tende a spingere la barca verso l’alto.

Il peso (in rosso nell’immagine) può essere visto come una forza applicata nel baricentro dell’imbarcazione (G) e che punta verso il basso, la spinta di galleggiamento (in blu) è invece una forza orientata verso l’alto e applicata nel centro di carena (C).

In particolare, pensando a una barca che viene calata in mare da una gru, man mano che lo scafo scende in acqua andrà ad occupare con la sua parte immersa un volume sempre maggiore, “spostando” di fatto l’acqua che poco prima occupava il suo posto. La spinta di galleggiamento che l’acqua esercita verso l’alto è pari proprio al peso del volume d’acqua spostato dalla parte immersa dello scafo. Mentre la barca scende in acqua il suo peso rimane costante, mentre la spinta di galleggiamento continua ad aumentare perché la parte di scafo immersa occupa un volume via via sempre maggiore, quando forza peso e spinta di galleggiamento si equivalgono la barca smette di affondare e inizia a galleggiare autonomamente.

La stabilità:
Finchè il baricentro e il centro di carena, punti in cui sono applicate rispettivamente la forza peso e la spinta di galleggiamento, sono allineati lungo la verticale saremo in una condizione di equilibrio stabile.
La posizione del baricentro dipende dalla disposizione dei pesi a bordo e dunque durante la navigazione, a patto di mantenere ben fermo il carico, è fisso. Il centro di carena invece è il cento della parte di scafo immersa in acqua la cui forma varia costantemente (a causa dei movimenti di rollio e beccheggio) e quindi anch’esso si sposta di continuo.

Nel primo caso la barca è in piano e la forma della parte immersa è simmetrica, quindi il centro di carena è proprio al centro dello scafo ed essendo sulla verticale con il baricentro mantiene la barca in posizione.
Con lo scafo inclinato invece la forma della parte immersa varia ed il centro di carena si sposta verso il lato su cui la barca è inclinata, generando un effetto raddrizzante che tende a riportare lo scafo alla posizione di equilibrio.

Per garantire la stabilità dello scafo si può agire in due modi: possiamo avere una

• Stabilità di forma oppure
• Stabilità di peso.

La stabilità di forma è quella che presentano le imbarcazioni con scafo molto largo o i catamarani: il baricentro (G) si trova sopra il centro di spinta di Archimede (C) e in caso di sbandamento la forma dello scafo fa sì che il centro di spinta (C) si sposti molto rapidamente verso il lato su cui la barca è inclinata e vada a contrastare la forza sbandante.

La stabilità di peso è invece caratteristica di imbarcazioni con scafo stretto e barche a vela: il baricentro (G) si trova sotto al centro di spinta di Archimede (C) e in caso di sbandamento è il peso stesso dell’imbarcazione a generare un momento raddrizzante riportando il baricentro il più in basso possibile, nella sua naturale posizione di equilibrio.

Gommoni e catamarani hanno stabilità di forma: è molto difficile ribaltarli ma in caso ciò accada non si raddrizzano autonomamente. Le barche a vela e alcune barche a motore invece hanno stabilità di peso che genera un momento raddrizzante tanto più grande quanto maggiore è lo sbandamento.

Molte imbarcazioni moderne utilizzano, per garantire la massima stabilità e sicurezza, una combinazione delle due caratteristiche di cui sopra, unendo ad uno scafo piatto e largo, che garantisce una buona stabilità di forma, una zavorra in modo da spostare il baricentro il più in basso possibile e aumentare la stabilità della barca utilizzando il proprio peso.