MFA-2010 · Skipsstabilitet · Del 1 · Kapittel 15
Statiske stabilitetsmomenter
Blåser vinden eller slår en bølge skipet over på siden, oppstår det et moment som enten reiser henne opp igjen eller velter henne videre. Dette kapittelet setter tall på akkurat dét: hvor stor er den rettende armen GZ, og hvor mye dreiemoment har skipet til å komme tilbake til opprett? Det er selve hjertet i stabilitetsregningen.
Når du er ferdig, vil du kunne …
- Definere det statiske stabilitetsmomentet og den rettende armen (GZ).huske/forstå
- Beregne det statiske stabilitetsmomentet ved små krengevinkler med
W·GM·sin θ.anvende - Skille små krengevinkler (M som fast punkt) fra store, og forklare hvorfor
GZ = GM·sin θsvikter ved store vinkler.analysere - Anvende den veggsidete formelen til å regne GZ ved store krengevinkler.anvende
- Utlede sammenhengen mellom GZ, GM og BM, og knytte den til KB, BM og KM fra kapittel 6.analysere/utlede
- Vurdere hvordan deplasement og GM avgjør om et skip blir «stivt» eller «rankt».vurdere
Slik får du mest ut av denne guiden (2 min)
Guiden er bygd på det som faktisk får kunnskap til å feste seg:
- Prøv før du titter. Hver Sjekk deg selv-boks stiller spørsmålet først. Svar i hodet (eller høyt) før du viser fasiten — selve anstrengelsen ved å hente fram svaret er poenget (aktiv gjenkalling / retrieval practice).
- Regn med blyant. Faget sitter i fingrene. Gjør de gjennomarbeidede eksemplene selv, og prøv «Nå prøver du»-oppgavene uten å se på løsningen.
- Spre lesingen. Ikke skipp alt på én kveld. Bruk repetisjonsplanen til slutt — korte økter over flere dager slår én lang økt. Det er spredningen som teller, ikke det eksakte intervallet.
- Forklar hvorfor. Si med dine egne ord hvorfor et svar er riktig. Føles det vanskelig? Det er ofte et tegn på at du faktisk lærer.
00
Oversikt og forkunnskaper
Du har allerede møtt de fire faste punktene i et skrog: kjølen K, tyngdepunktet G, oppdriftssenteret B og metasenteret M. Fra kapittel 6 husker du formlene som binder dem sammen:
Dette kapittelet bruker akkurat disse størrelsene til å svare på det praktiske spørsmålet: når noe krenger skipet, hvor kraftig prøver hun å rette seg opp igjen? Svaret er et moment — kraft × arm — helt som i kapittel 1, men nå med skipets egne krefter:
- Tyngden W (skipets vekt) virker rett nedover gjennom G.
- Oppdriften W virker rett oppover gjennom oppdriftssenteret, som flytter seg til B₁ når skipet krenger.
De to kreftene er like store og motsatt rettet. Når skipet krenger, blir de forskjøvet sideveis i forhold til hverandre, og den vannrette avstanden mellom dem — den rettende armen GZ — gir et par (et koppel) som dreier skipet.
Først definerer vi GZ og momentet W·GZ. Så deler vi i to regimer: (1) små krengevinkler, der M står fast og GZ = GM·sin θ, og (2) store krengevinkler, der den enkle formelen svikter og vi trenger den veggsidete formelen eller Atwoods formel. Til slutt ser vi hva GM og deplasement betyr for følelsen av skipet — «stivt» eller «rankt».
🧠 Sjekk forkunnskapene: Et skip har KM = 6,0 m og KG = 5,5 m. Hva er GM, og hvilken formel fra kapittel 6 brukte du?
GM = KM − KG = 6,0 − 5,5 = 0,5 m. Du brukte definisjonen av metasenterhøyden. Er dette rustent, blir seksjon 2 lettere hvis du repeterer KB, BM og KM først.
01
Rettende arm og det statiske stabilitetsmomentet
✓ lært
Når en ytre kraft — vind, bølger — krenger et skip, flytter oppdriftssenteret seg fra B til B₁, parallelt med forskyvningen av tyngdepunktene til den neddykkede og den hevede kilen (gg₁). Oppdriften (W) virker rett oppover gjennom B₁, mens vekten (W) virker rett nedover gjennom G.
Den vinkelrette (vannrette) avstanden mellom virkelinjene til de to kreftene er den rettende armen (righting lever, GZ). Tar du momenter om tyngdepunktet, blir det statiske stabilitetsmomentet (moment of statical stability) lik produktet av den rettende armen og deplasementet:
De to like store og motsatt rettede kreftene danner altså et par (et koppel) som enten retter opp eller velter skipet. Vi definerer det statiske stabilitetsmomentet som momentet som vil føre skipet tilbake til utgangsstillingen når det er krenget av en ytre kraft.
GZ alene er bare en arm (en lengde i meter). Stabiliteten måles i moment — armen ganget med deplasementet W (i tonn): et W·GZ i «tonn-meter». To skip kan ha lik GZ, men det tyngste har størst stabilitetsmoment.
Legg merke til enhetene boka bruker: deplasement i tonn og GZ i meter, så momentet kommer i tonn-meter (tonnes m). (Strengt tatt er vekt en kraft; her følger vi lærebokas praksis med å regne moment som «deplasement × arm».)
🧠 Sjekk deg selv: Hva er den rettende armen GZ rent geometrisk, og hva må du gange den med for å få det statiske stabilitetsmomentet?
GZ er den vinkelrette (vannrette) avstanden mellom virkelinjene til vekten (gjennom G) og oppdriften (gjennom B₁). Du ganger den med deplasementet W: moment = W × GZ.
02
Stabilitetsmoment ved små krengevinkler
✓ lært
Ved små krengevinkler kan oppdriften regnes å virke oppover gjennom ett fast punkt — det initiale metasenteret M. Det er denne antakelsen som gjør regningen så enkel. Se på den rettvinklede trekanten GZM: G ligger på senterlinja, M er metasenteret over G, og Z er foten av normalen fra G ned på oppdriftens virkelinje.
GZ = GM·sin θ. Gyldig så lenge M kan regnes som fast (små vinkler).Siden GZ = GM·sin θ, blir det statiske stabilitetsmomentet:
For et gitt deplasement ved små vinkler varierer de rettende momentene direkte med GM. Stor GM → store rettende momenter → skipet kjennes stivt (stiff). Liten GM → små momenter → skipet kjennes rankt (tender).
Q. Et skip på 4000 tonn deplasement har KG = 5,5 m og KM = 6,0 m. Finn det statiske stabilitetsmomentet ved 5° krengning.
Løsning. Først GM, så formelen:
Med sin 5° = 0,08716: 4000 × 0,5 × 0,08716 = 174,3.
Svar: det statiske stabilitetsmomentet er ≈ 174,4 tonn-meter.
Q. Et skip på 12 000 tonn deplasement krenges 6½° og har da et statisk stabilitetsmoment på 600 tonn-meter. Finn den initiale metasenterhøyden GM.
Løsning. Snu formelen Moment = W·GM·sin θ for GM:
Med sin 6,5° = 0,11320: 600 / (12 000 × 0,11320) = 600 / 1358,4 = 0,4417.
Svar: GM ≈ 0,44 m.
To like skip kan ha helt lik GM (eller GZ), men ulik stabilitet — fordi deplasementet teller med i momentet W·GZ. Skipet ved lastet deplasement er mye stivere enn det samme skipet ved lett deplasement, selv ved samme GM. Husk derfor alltid å gange med W.
🧠 Sjekk deg selv: Et skip på 5000 tonn har GM = 0,6 m. Hva er det statiske stabilitetsmomentet ved 4° krengning? (sin 4° = 0,0698)
W·GM·sin θ = 5000 × 0,6 × 0,0698 = 209,4 tonn-meter. Bruk alltid W·GM·sin θ ved små vinkler — og sjekk at θ faktisk er liten (≲ 10°).
Q. Et skip på 10 450 tonn deplasement har GM = 0,5 m. Finn det statiske stabilitetsmomentet ved 6° krengning. (sin 6° = 0,10453)
Hint: GM er allerede gitt — sett rett inn i W·GM·sin θ.
Moment = 10 450 × 0,5 × sin 6° = 10 450 × 0,5 × 0,10453 = 546,2 tonn-meter.
03
Store krengevinkler og den veggsidete formelen
✓ lært
Ved store krengevinkler kan oppdriften ikke lenger regnes å virke oppover gjennom det initiale metasenteret M. Oppdriftssenteret har flyttet seg enda lenger ut mot lavsiden, og den loddrette gjennom B₁ går ikke lenger gjennom M.
Definisjonen av GZ er uendret: den rettende armen er fortsatt den vinkelrette avstanden mellom loddlinja gjennom G og loddlinja gjennom B₁, og momentet er fortsatt W × GZ. Det som svikter, er bare snarveien GZ = GM·sin θ.
GM·sin θ ville gitt.Den veggsidete formelen
Så lenge skipssiden er loddrett (veggsidet) ved vannlinja — det vil si opp til vinkelen der dekkskanten dykker — kan GZ finnes med den veggsidete formelen (wall-sided formula):
Sammenlign med små vinkler: GZ = GM·sin θ. Den veggsidete formelen legger til ett ledd, ½·BM·tan²θ·sin θ, som fanger opp at oppdriftssenteret vandrer ekstra langt ut. Ved små vinkler (θ opp til ~5°) er tan²θ så lite at leddet kan strykes — da er vi tilbake til GM·sin θ.
Hvor formelen kommer fra (kort utledning)
Når skipet krenger, overføres vannlinjekilen WOW₁ til LOL₁, slik at tyngdepunktet flytter seg fra g til g₁. Det får oppdriftssenteret til å flytte seg fra B til B₁. Boka splitter den flyttingen i en vannrett og en loddrett komponent:
- Vannrett:
BB₂ = BM·tan θ(fraBB₂ = (I/V)·tan θogBM = I/V) - Loddrett:
B₁B₂ = ½·BM·tan²θ
Setter du disse inn i geometrien for GZ = NR (se Fig. 15.5a i boka), faller alt sammen til:
der BM = I/V er den samme tverrskips-BM du regnet ut i kapittel 6
(BM = I/V, og for en kassedrektig farkost BM = B²/12d).
Q. Et skip på 6000 tonn deplasement har KB = 3 m, KM = 6 m og KG = 5,5 m. Finn det statiske stabilitetsmomentet ved 25° krengning.
Løsning. Først alle armene fra kapittel 6:
Så veggsidet formel med tan 25° = 0,46631, altså tan²25° = 0,21744:
Svar: GZ ≈ 0,35 m, moment ≈ 2100 tonn-meter. (Til sammenligning ville den enkle GM·sin θ gitt bare 0,5 × 0,4226 = 0,21 m — den ville altså undervurdert GZ kraftig her.)
🧠 Forklar hvorfor: Hvorfor kan vi droppe leddet ½·BM·tan²θ ved små vinkler, men ikke ved 25°?
Fordi leddet inneholder tan²θ. Ved 5° er tan²5° ≈ 0,0077 — forsvinnende lite. Ved 25° er tan²25° ≈ 0,217 — stort nok til å bidra med flere desimeter til GZ. Ved store vinkler vandrer oppdriftssenteret så langt at korreksjonen ikke kan ignoreres.
Q. En kassedrektig farkost 65 m × 12 m × 8 m har KG = 4 m og flyter opprett på 4 m dypgående i saltvann (ρ = 1,025). Finn det statiske stabilitetsmomentet ved 25° krengning.
Hint: regn W = L·B·d·1,025, KB = ½d, BM = B²/12d, så GM, så veggsidet formel.
W = 65 × 12 × 4 × 1,025 = 3198 tonn.
KB = ½ × 4 = 2 m; BM = 12² / (12 × 4) = 144 / 48 = 3 m.
KM = 2 + 3 = 5 m → GM = 5 − 4 = 1 m.
GZ = (1 + ½ × 3 × tan²25°) · sin 25° = (1 + 0,3262) · 0,42262 = 1,3262 × 0,42262 = 0,56 m.
Moment = 3198 × 0,56 ≈ 1790,9 tonn-meter. (Ved 5° hadde samme farkost gitt bare 3198 × 1 × sin 5° ≈ 278,9 tonn-meter.)
04
Atwoods formel — den generelle veien
✓ lært
Den veggsidete formelen er en snarvei som forutsetter at skipssiden er loddrett. Det helt generelle uttrykket for stabilitetsmomentet ved store vinkler er Atwoods formel (Atwood's formula). Den regner direkte på kilen av vann som flyttes når skipet krenger:
v = volumet av den neddykkede (eller hevede) kilen.
hh₁ = den vannrette komponenten av forskyvningen av kilens tyngdepunkt.
V = skipets neddykkede volum (undervannsvolumet).
BG = avstanden mellom oppdriftssenteret B og tyngdepunktet G.
Hvordan formelen henger sammen med W × GZ
Start med definisjonen og les av geometrien i Fig. 15.6 (BR og BT er komponentene):
De to bitene er:
BR = (v · hh₁) / V— den vannrette flyttingen av oppdriftssenteret (kilens bidrag).BT = BG · sin θ— korreksjonen for at G ligger over (eller under) B.
Settes disse inn, får du Atwoods formel:
Tenk på krengningen som å flytte en kile med vann fra høysiden ned til lavsiden. Jo større kilen er (v) og jo lengre den flyttes sideveis (hh₁), jo mer skyves oppdriften ut og jo kraftigere reiser skipet seg. Leddet BG·sin θ trekker fra fordi en høyt plassert G «spiser» av den rettende effekten.
Stor V er hele undervannsvolumet; liten v er bare den lille kilen som flyttes ved krengningen. Bytter du om på dem, blir svaret meningsløst. Hold tunga rett i munnen: v er kilen, V er skipet.
🧠 Sjekk deg selv: I Atwoods formel, hva representerer leddet BG·sin θ, og hvorfor trekkes det fra?
Det er BT — korreksjonen for at tyngdepunktet G ligger en avstand BG fra oppdriftssenteret B. Når G er over B, reduserer det den rettende armen, derfor trekkes det fra. Det første leddet (v·hh₁)/V = BR er den rettende effekten fra at kilen flyttes; nettoen BR − BT er GZ.
05
Stivt, rankt og «angle of loll»
✓ lært
Formelen Moment = W·GM·sin θ forteller deg ikke bare et tall — den
forteller hvordan skipet oppfører seg i sjøen.
Stivt (stiff): stor GM → store rettende momenter → skipet retter seg raskt og rister med korte, harde rull. Hardt på last og mannskap.
Rankt (tender): liten GM → små rettende momenter → skipet ruller seg langsomt og mykt, men er sårbart hvis GM blir for liten.
Hva om GM blir negativ — tyngdepunktet havner over metasenteret? Da retter
ikke skipet seg opp ved små vinkler; det krenger til den ene siden helt til den
veggsidete formelen gir GZ = 0 igjen. Den vinkelen kalles
krengevinkel ved loll (angle of loll).
Setter vi GZ = sin θ · (GM + ½·BM·tan²θ) = 0 med negativ GM, og ser
bort fra θ = 0, gir parentesen:
Et positivt tall under rota krever at GM er negativ — nettopp tilfellet med loll.
Q. En kassedrektig lekter har bredde B = 6,4 m, dypgående d = 2,44 m på rett kjøl, og KG = 2,67 m. Bruk den veggsidete formelen til å regne GZ for vinkler 0–20° i steg på 4°, og finn loll-vinkelen.
Løsning. Armene fra kapittel 6:
Med GZ = sin θ·(GM + ½·BM·tan²θ) blir ordinatene:
GZ er negativ for små vinkler (skipet vil ikke rette seg ved opprett),
men blir positiv igjen et sted mellom 12° og 16°. Setter vi
tan²θ = −2(−0,051)/1,399 = 0,0730 får vi θ ≈ 15,1°.
Svar: krengevinkel ved loll ≈ 15°. Her finner skipet en ny, skjev likevekt fordi GZ skifter fortegn — det er kjennetegnet på en negativ GM.
🧠 Sjekk deg selv: Hva forteller en negativ GM deg om hvordan skipet vil legge seg, og hva kalles den vinkelen den finner ro på?
Negativ GM betyr at skipet ikke er stabilt i opprett stilling: det vil krenge til den ene siden til GZ blir null igjen. Den vinkelen kalles krengevinkel ved loll (angle of loll). Den finner du der GM + ½·BM·tan²θ = 0, altså tan²θ = −2·GM/BM.
🃏
Flashkort — aktiv gjenkalling
Klikk på et kort for å snu det. Vurder ærlig: Igjen hvis du slet, Bra/Lett hvis det satt. Vurderingene lagres på denne enheten og omorganiserer bunken slik at de svake kortene kommer igjen tidligere (et Leitner-system). Prøv å svare høyt før du snur.
✅
Selvtest
Svar først, sjekk etterpå. Spørsmålene er blandet på tvers av seksjonene med vilje — å kjenne igjen hvilken formel en oppgave krever, er halve faget. Vurder hvor sikker du er; der sikkerhet og fasit spriker, finner du de virkelige hullene dine.
GM·sin θ er bare GZ ved små vinkler, og momentet krever at du ganger med deplasementet W.sin 5° = 0,08716)GM = 7,0 − 6,4 = 0,6 m. Moment = W·GM·sin θ = 8000 × 0,6 × 0,08716 = 418,4 tonn-meter.
GZ = GM·sin θ ved store krengevinkler?GM·sin θ) gjelder ikke. Da bruker du den veggsidete formelen.tan 20° = 0,36397, sin 20° = 0,34202)tan²20° = 0,13247. GZ = (0,5 + ½ × 3 × 0,13247) · sin 20° = (0,5 + 0,1987) × 0,34202 = 0,6987 × 0,34202 = 0,239 m.
W·((v·hh₁)/V − BG·sin θ), hva er v?v er volumet av kilen som flyttes. Stor V er hele undervannsvolumet, hh₁ er den vannrette forskyvningen av kilens tyngdepunkt, og BG er avstanden B–G.sin 5° = 0,08716)Snu Moment = W·GM·sin θ: GM = 500 / (11 000 × 0,08716) = 500 / 958,8 = 0,52 m.
sin 5° = 0,08716)KM = KB + BM = 2,8 + 3 = 5,8 m. GM = KM − KG = 5,8 − 5,5 = 0,3 m.Moment = 10 000 × 0,3 × 0,08716 = 261,5 tonn-meter.
Et stivt skip har stor GM: store rettende momenter, raske og harde rull. Et rankt skip har liten GM: små rettende momenter, langsomme og myke rull, men sårbart. Blir GM negativ, retter skipet seg ikke ved opprett — det krenger til den ene siden til GZ blir null igjen ved krengevinkel ved loll, der det finner en skjev, men stabil likevekt. Stabiliteten avhenger uansett av både GM/GZ og deplasementet, siden momentet er W·GZ.
➕
Flere øvingsoppgaver (valgfritt)
Fra «Exercise 15» i boka. Prøv hver oppgave helt ferdig på papir før du åpner løsningen — det er der læringen sitter.
Liten vinkel → Moment = W·GM·sin θ. Med sin 7,75° = 0,13485:
10 000 × 0,5 × 0,13485 = 674,3 tonn-meter.
Boka behandler dette som GZ = GM·sin θ: GM = GZ / sin 15° = 0,2 / 0,25882 = 0,773 m.
KG = KM − GM = 6,8 − 0,773 = 6,03 m.
Moment = W × GZ = 10 000 × 0,2 = 2000 tonn-meter.
GM = Moment / (W·sin θ) = 300 / (12 000 × sin 5,25°). Med sin 5,25° = 0,09150:
GM = 300 / 1098 = 0,273 m.
KM = KG + GM = 7,5 + 0,273 = 7,77 m.
tan 25° = 0,46631, sin 25° = 0,42262)KM = KB + BM = 2,8 + 3 = 5,8 m; med KG = 4,8 m blir GM = 1 m.
tan²25° = 0,21744. GZ = (1 + ½ × 3 × 0,21744) · sin 25° = (1 + 0,3262) × 0,42262 = 1,3262 × 0,42262 = 0,5605 m.
Moment = 10 000 × 0,5605 ≈ 5605 tonn-meter.
📅
Repetisjonsplan (spredt repetisjon)
Glemselskurven er bratt i starten og flater ut hver gang du repeterer. Å repetere med økende mellomrom — tett først, så glissent — fester stoffet for langt mindre total tid enn å lese om igjen. Det viktigste er at du sprer øktene; det eksakte intervallet er bare en tommelfingerregel. Datoene under regnes fra første gang du åpnet guiden.
| Repetisjon | Når | Dato | Hva du gjør |
|---|
Tips: start hver økt med å ta selvtesten fra hukommelsen. Les bare om igjen det du bommer på. Har du eksamen snart, komprimer intervallene heller enn å droppe spredningen helt.
📌
Sammendrag og ordliste
Det statiske stabilitetsmomentet er alltid W·GZ, der GZ er den rettende armen — den vannrette avstanden mellom virkelinjene til vekt (gjennom G) og oppdrift (gjennom B₁). Ved små vinkler virker oppdriften gjennom det faste metasenteret M, så GZ = GM·sin θ og moment = W·GM·sin θ. Ved store vinkler svikter dette fordi M ikke lenger er fast; bruk da den veggsidete formelen GZ = (GM + ½·BM·tan²θ)·sin θ (gyldig til dekkskanten dykker) eller Atwoods formel W·((v·hh₁)/V − BG·sin θ). Stor GM gjør skipet stivt, liten GM rankt; negativ GM gir en krengevinkel ved loll. Husk: stabiliteten avhenger av både GM/GZ og deplasementet.
Ordliste
- Statisk stabilitetsmoment (moment of statical stability)
- Momentet som vil føre skipet tilbake til opprett etter krengning av en ytre kraft:
W × GZ. Måles i tonn-meter. - Rettende arm (righting lever, GZ)
- Den vinkelrette (vannrette) avstanden mellom virkelinjene til vekt (gjennom G) og oppdrift (gjennom B₁).
- Metasenter (metacentre, M)
- Punktet oppdriften kan regnes å virke gjennom ved små krengevinkler; fast punkt der.
- Metasenterhøyde (metacentric height, GM)
- Avstanden fra tyngdepunktet G til metasenteret M:
GM = KM − KG. - Veggsidet formel (wall-sided formula)
GZ = (GM + ½·BM·tan²θ)·sin θ; gyldig så lenge skipssiden er loddrett ved vannlinja (til dekkskanten dykker).- Atwoods formel (Atwood's formula)
Moment = W·((v·hh₁)/V − BG·sin θ); generelt uttrykk via kilen som flyttes ved krengning.- BM (metasenterradius)
- Avstanden B til M:
BM = I/V; for kassefarkostBM = B²/12d(fra kap. 6). - Stivt skip (stiff)
- Stor GM → store rettende momenter, raske/harde rull.
- Rankt skip (tender)
- Liten GM → små rettende momenter, langsomme/myke rull.
- Krengevinkel ved loll (angle of loll)
- Vinkelen et skip med negativ GM legger seg på, der GZ blir null igjen:
tan²θ = −2·GM/BM.
Kilder og videre lesing
- Barrass, C. B. & Derrett, D. R. (2006). Ship Stability for Masters and Mates, 6. utg. (Consolidated 2006). Elsevier Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-6784-5 — Kapittel 15: «Moments of statical stability» (s. 134–142). Hovedkilden dette materialet bygger direkte på, inkludert Exercise 15.
- Samme bok, kap. 6 («Transverse statical stability») — der KB, BM = I/V, KM og GM utledes; brukes hele veien her.
- Samme bok, kap. 16 («Curves of statical stability») — der GZ-verdiene fra dette kapittelet plottes som en GZ-kurve og «angle of loll» / «angle of vanishing stability» leses av.
- IMO: International Code on Intact Stability, 2008 (2008 IS Code) — de internasjonale kravene til GZ-kurven og GM som dette kapittelets regning danner grunnlaget for. https://www.imo.org
Du er ved veis ende 🎉
Lukk guiden og prøv å gjenkalle de seks læringsmålene fra hukommelsen. Tegn gjerne trekanten GZM og skriv ned både W·GM·sin θ og den veggsidete formelen uten å se. Kom tilbake etter repetisjonsplanen.