Остойчивостью называется способность судна, получившего наклонение под действием внешних сил на некоторый угол, возвращаться в исходное прямое положение после прекращения действия сил. В зависимости от характера действия внешних сил и их моментов, вызывающих наклонения судна, остойчивость подразделяется на статическую и динамическую. Если момент, вызвавший наклонение судна, изменяется во времени медленно или постоянен, то его действие рассматривается как статическое. В случае же, когда момент вызывает наклонение со значительной угловой скоростью, то его действие рассматривается как динамическое.
Допустим, что судно, находящееся в прямом положении равновесия и плавающее по ватерлинию ВЛ, в результате действия внешнего кренящего момента Мкр накренилось так, что исходная ватерлиния ВЛ с новой действующей ватерлинией В1Л1 образует малый угол θ. Центр величины судна переместится в сторону крена и перейдет из точки С в точку С1.
Сила поддержания D', оставаясь неизменной, будет направлена вертикально вверх перпендикулярно новой действующей ватерлинии, а ее линия действия пересечет ДП в первоначальном поперечном метацентре m. Положение центра тяжести судна остается неизменным, а сила веса Р будет перпендикулярна новой ватерлинии В1Л1. Таким образом, силы Р и D', параллельные друг другу, не лежат на одной вертикали и, следовательно, образуют пару сил с плечом GK, где точка К - основание перпендикуляра, опущенного из точки G на направление действия силы поддержания. Пара сил, образованная весом судна и силой поддержания, стремящаяся возвратить судно в первоначальное положение равновесия, называется восстанавливающей парой, а момент этой пары - восстанавливающим моментом Mθ. Если восстанавливающий момент стремится вернуть судно в первоначальное положение равновесия, то восстанавливающий момент положителен, остойчивость судна также положительна — судно остойчиво.
Когда восстанавливающий момент отрицателен (центр тяжести. лежит выше метацентра)(рис.2). Он стремится еще больше отклонить судно из положения равновесия, т.к. направление его действия совпадает с направлением действия внешнего кренящего момента Мкр. В этом случае судно неостойчиво.
Отсутствие восстанавливающего момента приводит к тому, что после прекращения действия кренящего момента судно остается в наклоненном положении т.е. судно находится в безразличном равновесии.
Таким образом, по взаимному положению поперечного метацентра m и Ц.Т. G можно судить о знаке восстанавливающего момента или, иными словами, об остойчивости судна. Так, если поперечный метацентр находится выше центра тяжести (рис 1), то судно остойчиво;
Если поперечный метацентр расположен ниже центра тяжести или совпадает с ним (рис.2, 3) судно неостойчиво.
Отсюда возникает понятие метацентрической высоты: поперечной метацентрической высотой называется возвышение поперечного метацентра над центром тяжести судна в начальном положении равновесия.
Поперечная мегацентрическая высота (рис. 1) определяется расстоянием от центра тяжести (т. G), до поперечного метацентра (т. m), т.е. отрезком mG. Этот отрезок является постоянной величиной, т.к. и Ц.Т.,и поперечный метацентр не изменяют своего положения при малых наклонениях. В связи с этим его удобно принимать в качестве критерия начальной остойчивости судна. Если поперечный метацентр будет находиться выше центра тяжести судна, то поперечная метацентрическая высота считается положительной. Тогда условие остойчивости судна можно дать в следующей формулировке: Судно остойчиво, если его поперечная метацентрическая высота положительна. На рис. 4 показано относительное расположение центра величины С, центра тяжести G и поперечного метацентра m судна, имеющего положительную начальную поперечную остойчивость. Из рисунка видно, что поперечная метацентрическая высота h может быть определена по одной из следующих формул:
h = r ± a; h = ZC + r - ZG; h = Zm - ZG.
