A kajakok stabilitásáról egyszerűen.

írta:Pethő László 2009.07.08

Kajakos körökben talán ez a téma a létező legjobb gumicsont. A legtöbben azt hiszik, értenek hozzá és tisztában vannak vele mit jelent az a néhány egyszerű fogalom, mint elsődleges és másodlagos stabilitás, és úgy alapvetően el tudják dönteni, hogy egy kajak stabilitása számukra megfelelő-e. Rajtuk kívül vannak azok, akik rengeteget tudnak a kajakok stabilitásáról, és tisztában vannak azzal a seregnyi bonyolult számítással megadható értékkel, amelyek egy kajakot jellemeznek. Ők sajnos csak a kajak 3D modellje segítségével tudnak kajakot választani. Nekik rossz.  Az előbbi csoport módszere igazából teljesen megfelelő, de az utóbbi „misztifikátorok” miatt mindig kétségeik vannak.

Nulla stabilitás

Nemrégiben elég átfogó cikksorozat jelent meg a témában itt: http://tengerikajak.info/
Ha ezt elolvasva minden világos volt, akkor a továbbiakban nincs mit mondanom, látogass el az alábbi oldalra, és találd ki, hogyan lehetne ezt itthon:  http://en.wikipedia.org/wiki/Cold_fusion

Ha a dolog egyszerűbben is érdekelne, akkor kezd ott, hogy fogsz egy sörösüveget.  Az előző cikkek után biztos maradt valahol kéznél egy. No, ezt az üveget vízre rakva, kezdjük el a szájánál fogva forgatni.  Ugye szinte ellenállás nélkül forog. Azért mégsem teljesen ellenállás nélkül, mivel a vízben (és persze a levegőben is) az üveg felülete súrlódik. Ettől nem forog a végtelenségig, ha megindítjuk. Kajaknak ez elég instabil lenne, viszont a nedvesített felület, tehát a súrlódás így a lehető legkisebb. A versenykajakok alja alapvetően erre a formára hajaz (persze azért nem ennyire végletesen). Annak ellenére, hogy ez a forma sem forog folyamatosan a vízben, ez semmilyen stabilitással nem rendelkezik. Az, hogy a forgás megindításához és fenntartásához is erő kell, csak a súrlódás eredménye, az úszó test formája ehhez semmit nem tesz hozzá. Persze el se vesz belőle, mivel minden állapot fenntartható, ha nincs erőhatás. Tehát instabilnak sem lehet nevezni.

Ha eddigre sikerült valami töményet is elszopogatni, az remek, pláne ha valami jókis laposüvegben volt a nedű. Ha azt is vízre rakjuk, rögtön bonyolultabb helyzettel állunk szemben. Persze kétségbeesni nem kell. Egykori fizikatanárom, Dr. Pavlyák Ferenc sem esett volna kétségbe, legfeljebb a fejem ordítja le, hogy nem vagyok képes egy ilyen egyszerű problémát átlátni. Mindig azt mondta, hogy a példák megoldását az ható erők felírásával kell kezdeni. Persze a ható erők mindig mások, és ha még netán egyformák is, mindig a feladatnak megfelelően kell őket felírni… No ezért választottam inkább a biológia tudományát. Tehát a lényeg, hogy lett egy ábránk. Ugye az legfőbb különbség, hogy itt a gravitáció-felhajtó erő párost 2 pontból eredeztetem, míg az előző ábrán 1 pontból indul ki mindkettő. A fizika szépsége, hogy mindkét ábra rossz, mivel ezek az erők valójában a testek minden egyes pontjából egyszerre erednek. Mivel semmi kedvem végtelen számú nyilat rajzolni, meg aztán sokáig is tartana, így maradok a 2-nél. 

Sabilitás alapja

Azért kettő mert a test két oldalára ható erőket szeretném szétválasztva szemléltetni. A gravitációs nyilak egyformák, mivel a test egyenletes tömegeloszlással bír. Amik eltérnek, azok a falhajtóerőket szemléltető nyilak. Az ábrán látszik is, hogy a test egyik oldala mélyebbre merül a vízben, tehát nagyobb a vízkiszorítása, és ez Archimedes óta azt jelenti, hogy ott jobban nyomja felfele a víz. (Persze csak mióta Newton ötlete alapján egyáltalán lehúzza bele a gravitáció.) Ennek eredménye, hogy a kajak dőlésével nő a dőlést okozó erővel ellentétes erő. Az ábrán ugyan nem tökéletesek az arányok, de a lényeg, hogy a „forgató erő” ellen a „felhajtó erők” különbségéből adódó ellenerő hat. Ha növelem a forgató erőt, nő a különbség a két felhajtó-erő nyíl között. Egy ideig.  Aztán persze egy instabil egyensúlyi pontot elérve, megint erőkifejtés nélkül tarthatom az élén a palackot. Ebből a pontból persze bármilyen kis erő kibillenti, a palackot, ami valamely stabil egyensúlyi pontjába áll be. Ez megfelel a kajaknál a másodlagos stabilitásnak. Az élére állva tartott palack egyezik a borulást megelőző, vagy az azt elkerülő utolsó pillanatban fellépő állapottal. A nagy piros nyíl eltűnése az ábráról azt jelzi, hogy míg az előbb a folyamatos forgató erőhatás, folyamatos mozgást indukált, most van olyan statikus ellenerő, ami kiegyenlíti azt.

Ennyit az alapokról. Ez egy valódi kajak esetében bonyolódik. De nem olyan sokat. A forgató erő helyét átveszi az ábrán kicsit fejnehéz kajakos magas súlypontjából adódó forgató erő. Ez az erő nulla, ha a kajakos pontosan a kajak középpontja fölött helyezkedik el, és az oldalirányú kitérés mértékével arányosan növekszik. Lehetne ábrázolni a súlyerő dőlést okozó komponensét, de szerintem így is érthető a lényeg.

Ebből hogyan lesznek mindenféle kajakra számítható stabilitásgörbék, meg hasonlók? Leegyszerűsítve úgy, hogy a dőlés közben vízbe merülő test térfogatának növekedése és a növekedés mértékének változása a fenékformából adódik. Az első ábra volt a 0 növekedés, a többin pedig látszik, hogy a forma változtatásával minden igencsak bonyolult módon változik. Másként viselkedik egy adott forma, ha mélyebbre merül, másként, ha könnyebb, és ezért a kiinduló vízkiszorítás kisebb. Fontos tényező az is, hogy maga a kajak milyen nehéz, hiszen a vízből kiemelkedő részekre ható gravitáció is fontos tényező lehet.

Az elsődleges és másodlagos stabilitás különbségéről nem  hiszem, hogy sok szót érdemes vesztegetni, mivel már millióan leírták előttem is. Alapvető tényként kezelhetjük, hogy a szélesebb kajak stabilabb. Ez ugyan nem evidencia, mivel az is fontos, hogy a felhajtó erő hány százaléka hat a kajak szélein. Tehát, ha a hajó középvonala mélyen bemerül, a szélei viszont csak alig akkor instabil lesz a rendszer. Ha lapos a hajó feneke, akkor már elég nagy, de nem a legnagyobb elérhető stabilitást kapjuk. Adott szélességben a legstabilabb rendszer a katamarán forma, mivel itt minden felhajtóerő a  hajó szélére hat.
Mindezek ellenére, tény, hogy a széles kajak stabilabb, a keskeny instabil. Egyszerűen azért, mert minden kajakgyártó cég kiforrott terveket használ, és igyekeznek a lehető leggyorsabb és legstabilabb hajókat építeni. Senki nem venne meg egy, a szélességéből adódóan lassú, de instabil kajakot. Mindenki ennek fordítottjára törekszik, és az adott szélességből akarják kihozni a lehető legnagyobb stabilitást. Vagy azért, hogy jól haladó, de kellemesen stabil túrakajakot, vagy azért, hogy még éppen megülhető, szélvész-gyorsaságú hajót hozzon létre.

Kajakot választani stabilitási tényezők, vagy görbék alapján igazából jó dolog lenne, de alapvetően lehetetlen. Rettentően kevés gyártó ad meg objektív módon számított adatokat a kajakok stabilitásáról, és ha meg is ad, azt nem feltétlen lehet összevetni más által gyártott kajakokkal, mivel egyáltalán nem biztos, hogy ugyanolyan módon számították ezeket az értékeket. Az is valószínű persze, hogy ha az egyik gyártónak nagyon jó értékei vannak, akkor egy másik szimplán csal a számításnál, hogy ő is piacképes maradjon. Mindemellett az természetes, hogy az első cég is csak bekamuzott mindent. Így aztán sejthető ez egész dolog objektivitása. No persze, szimplán ellenőrizhetőek lennének a számítások, csak a hajók eredeti számítógépes terveire lenne hozzá szükség.  Ezt nyílván bárkinek kiadják. Végülis csak dollármilliókat ölt bele némely nagy gyártó, hogy a konkurenciánál jobb tervei legyenek… Egy-egy gyártó kajakjai persze jól összehasonlíthatóak, de ehhez tökéletesen elegendő az a kis 5-6 csillagot, pontocskát, vagy bármilyen foltszerű objektumot tartalmazó táblázat, ami a katalógusokban a hajók sebességét, egyenesfutását, és a többi rettentően objektív módszerekkel mérhető tulajdonságát hivatott összevetni.

Hogy van- e értelme az egésznek? Nem sok. Más forma ideális síkvízen, más kis, interferáló hullámokon, és megint más a több métereseken. Az sem mellékes, merről jönnek a hullámok, és hogy mennyire pakolta meg valaki a hajót. Ha nem egy adott versenyre választasz kajakot, akkor megfelel bármelyik neves gyártó, kipróbált és megbízható hajója, ha beleülve elég stabilnak érzed.

Node a nagyhajóknál ez egy fontos tudomány, itt miért hanyagolnánk el?  Hát, ha több tonnás, esetleg több száz tonnás monstrumokról van szó, akkor kicsit kevesebbet számít, hogy 5 centis, vagy 5 méteres hullámok jönnek szembe, így lehet univerzálisan stabil formát tervezni. Amikor annyira durva vihar jön, hogy ekkora méreteknél is számítson, a nagyhajók hozzáértő személyzete, tudja mit kell tennie, és elég jól látják előre, mikor, hova ne menjenek.

©Minden jog fentartva – “Kajakok stabilitásáról egyszerúen by Pethő László is copyrighted

Vélemény, hozzászólás?

Az e-mail-címet nem tesszük közzé. A kötelező mezőket * karakterrel jelöltük