Il concetto di nave

Chi ha letto qualcosa che ho pubblicato su questa testata giornalistica sa che mi occupo di cose di mare. E cosa c’è di più marino di una nave? Prendo a prestito la spiegazione di nave dal nostro Codice della Navigazione: “Secondo l’art. 136, la nave è definita come qualsiasi costruzione destinata al trasporto per acqua, anche a scopo di rimorchio, pesca o diporto.”

Io aggiungo, per completezza, che la nave indipendentemente dalle dimensioni deve essere dotata di un sistema di propulsione, ovvero un “sistema” che le consenta di muoversi autonomamente sulla superficie del mare, fiume o lago.

Un primordiale sistema di propulsione è stata sicuramente la forza delle braccia, su tronchi; poi, poco a poco, il tronco è divenuto canoa e poi ancora nave, vedi le triremi romane: sempre di forza umana si trattava. Poi siamo passati alla vela, che si è trasformata nei secoli sino a raggiungere la quasi perfezione alla metà dell’Ottocento, dove i famosi Clipper lungo la rotta del tè arrivavano a coprire quasi 480 miglia al giorno, il che significa una media di 20 nodi equivalenti a 37 km l’ora, che per navi in legno lunghe 80/90 metri era una velocità incredibile, e lo è ancora oggi.

Certo che i primi esemplari di imbarcazione erano un semplice tronco d’albero che dopo del tempo si trasformò in una primordiale canoa e si raffinò sempre di più sino a divenire una sorta di catamarano, come trovato da alcuni ricercatori nell’isola di Cipro risalente a oltre 10.000 anni fa.

Perché una nave galleggia

In realtà non vi voglio parlare dell’evoluzione della nave attraverso i secoli, ma volevo chiarire a chi magari non ha mai riflettuto sull’argomento come fa una nave a galleggiare.

Resta piuttosto intuitivo che il legno galleggia, lo sappiamo tutti: se gettate un enorme tronco di legno in mare esso galleggia facilmente e non andrà a fondo per nessun motivo. Esiste solo un tipo di legno che non galleggia ed è l’ebano. Tutto semplice perché il legno ha un peso specifico inferiore all’acqua e quindi galleggia.

Ora, tornando indietro dove ho accennato ai grandi clipper o addirittura navi da trasporto ancora più grandi, passando per le feluche e le caravelle di Cristoforo Colombo, esse erano tutte di legno… e quindi galleggiavano per il principio della inferiorità di peso specifico.

Chiarito questo semplice principio, passiamo oltre e ragioniamo sulle navi di inizio ’900. Esse non solo erano azionate da motori a vapore, usando lo stesso sistema della locomotiva a vapore di Stephenson, ma erano costruite in ferro, quindi un peso specifico ben maggiore del legno e molto maggiore dell’acqua di mare.

Qui sotto, per una maggiore comprensione, trovate una tabella.

Peso specifico dei materiali

Materiale	Peso Specifico 𝑘g/𝑑𝑚3	Peso Specifico 𝑘𝑔/𝑚3	Stato/Condizione
Ferro (Puro)	7,87	7.870	Solido
Legno (Rovere/Quercia)	0,80 – 1,00	800 – 1.000	Solido (Essenza dura)
Acqua di mare	1,02 – 1,03	1.020 – 1.030	Liquido (Salinità media)
Legno (Abete/Pino)	0,45 – 0,70	450 – 700	Solido (Essenza tenera)

• Il Ferro è il materiale più denso del gruppo; un cubo di ferro da 10 cm per lato pesa quasi 8 kg.
• L’Acqua di mare è circa il 2,5% più pesante dell’acqua dolce.

Il Legno ha una variabilità alta: se il suo peso specifico è inferiore a quello dell’acqua.  (<1,0), il materiale galleggia.

È evidente il risultato: se voi gettate un pezzo di ferro in acqua esso va a fondo piuttosto rapidamente; addirittura abbiamo il piombo che ha peso specifico ancora maggiore del ferro e serve ai pescatori per tenere la lenza della canna da pesca ben diritta.

Ma allora come è possibile che una nave in acciaio lunga come tre campi di calcio e alta come un palazzo di 20 piani possa galleggiare e non solo, ma viaggiare per gli oceani?

Il principio di Archimede

Siamo fortunati? Direi di no: il tutto è regolato da un principio di fisica noto come Principio di Archimede, che prende il nome dal famoso Genio della Magna Grecia, che enunciò il seguente: «Un corpo immerso in un fluido riceve una spinta dal basso verso l’alto pari al peso del volume del fluido spostato.»

Aggiungo inoltre che: La spinta è diretta lungo la retta passante per il baricentro della massa di fluido spostata e non per il baricentro della parte del corpo immersa nel fluido. Questa seconda annotazione mi servirà in seguito per parlarvi di un altro fenomeno.

Resta chiaro che se un metro cubo di ferro viene gettato in acqua esso affonderà velocissimamente, ma se a questo metro cubo noi daremo una forma che possa assomigliare ad esempio a un guscio di noce spesso per esempio 1 cm, avremo sempre lo stesso peso ma esso, data la forma, sposterà un volume talmente grande di acqua da permettergli di galleggiare.

Le forze che agiscono su una nave

Su ogni corpo galleggiante ovvero la nostra Nave, agiscono diverse forze citerò per non annoiarvi solo le principali:

Forze statiche (Galleggiamento)

• Forza Peso (P): Agisce verso il basso ed è applicata nel Baricentro (G). Dipende dalla massa della nave e dalla distribuzione del carico.
• Spinta di Archimede (S): Agisce verso l’alto ed è applicata nel Centro di Carena (C). È pari al peso del volume d’acqua spostato dalla parte immersa dello scafo.

Forze Dinamiche (Navigazione)

Quando la nave si muove o interagisce con l’ambiente, entrano in gioco forze aggiuntive:

• Resistenza all’avanzamento: Forza che si oppone al moto, causata dall’attrito dell’acqua sullo scafo e dalla resistenza d’onda (l’energia spesa per spostare l’acqua).
• Spinta Propulsiva: Generata dalle eliche o dalle vele (nel caso di barche a vela, dove si parla di forze aerodinamiche) per vincere la resistenza.
• Forze Esterne: Vento, correnti marine e l’azione del moto ondoso che inducono movimenti come il rollio (trasversale) e il beccheggio (longitudinale).
• Forza Centrifuga: Si manifesta durante le manovre di accostata

Sollecitazioni Strutturali

• Momenti Flettenti: Causano l’inarcamento (hogging) o l’insellamento (sagging) della nave, specialmente quando si trova sulla cresta o nel cavo di un’onda.
• Sforzi di Taglio: Generati da variazioni brusche nel carico tra sezioni adiacenti della nave.
• Torsione: Sollecitazione che tende a “ruotare” lo scafo, tipica quando le onde colpiscono la nave in modo obliquo. 

Tutte queste forze si applicano lungo due assi, quello longitudinale detto anche per chiglia asse X, e trasversale che determina anche la Sezione maestra della nave vale a dire la attraversa nel suo punto piu largo, detto asse Y.

Stabilità: relazione tra C e G

Interessante è analizzare il diagramma delle forze indicate sopra, nella sezione maestra. Questo ci permette di analizzare la maggior parte delle forze che agiscono sulla nave.

Fino a quando sull’asse longitudinale C = centro di carena e G = centro di gravità sono allineati, non si crea nessun momento sbandante e la nave resta diritta. Non appena C e G escono dalla perpendicolare si crea un Momento Sbandante.

Cause principali:

1. movimento del carico o posizionamento errato
2. mare al traverso
3. vento trasversale

Ne esistono altre come per esempio L’incaglio ovvero l’incontro dello scafo con una roccia o sabbia, ma tralascerei questi in quanto presuppongono considerazioni di carattere analitico che non mi appaiono corrette in questa sede.

Da quanto detto sopra si deduce:

L’azione dinamica del mare e del vento tendono a far inclinare la nave, che è la causa principale del mal di mare. Suggerimento: in crociera scegliete una cabina più bassa e centrale rispetto all’asse di mezzeria.

Conclusione

Spero di non avervi annoiato troppo, ma ci tenevo a spiegare, anche se in forma “leggera”, perché una nave galleggia e a quali forze è sottoposta. Praticamente tutto il sistema di trasporti mondiale avviene via nave: passeggeri, container, petrolio, granaglie, minerali. Nessuna è esente dalle regole descritte sopra, anche una piccola lancetta.

Così, nell’eventualità vi capitasse di leggere che una nave, in seguito a un errore di carico, è sbandata e poi affondata, avrete un’idea dell’origine del disastro.