Вы описываете лифт, в котором используются противовесы, предполагая, что вы хотите взвесить корабль, чтобы узнать, какой противовес использовать. В зависимости от конструкции вашего подъемника в этом может не быть необходимости. Прикрепите свой подъемник к корпусу корабля. Постепенно добавляйте противовес. На каждую добавленную тонну противовеса корабль немного приподнимется над водой (равно уменьшению его водоизмещения на одну тонну). Операторы продолжают добавлять противовес до тех пор, пока корабль не выйдет из воды, и, таким образом, у них будет именно тот противовес, который необходим. Затем они могут завершить подъем (или опускание), добавив небольшое дополнительное усилие (или отрегулировав вес) так или иначе.

Чтобы сэкономить время, операторы лифтов могут использовать методы, предложенные в ответе AlexP, чтобы получить первую оценку того, какой противовес использовать, стараясь недооценивать.

Ваш подъемник также является весами. Когда весь корабль парит над водой, количество противовеса (деленное на любое механическое преимущество, которое у вас есть) равно весу корабля. Операторам не нужно знать это, чтобы вычислить противовес – он у них уже есть. Однако это может быть полезно для других целей, например, для оценки потерь. Операторы также узнают от инженера, что определенное количество противовеса (и, следовательно, вес корабля) сломает подъемную силу, и будут осторожны, чтобы не ставить слишком много.

(Это разработка моего комментария, который ОП попросил меня преобразовать в ответ)

Викторианский инженер — скажем, например, мистер Изамбард Кингдом Брюнель — конечно, был бы заинтересован в том, чтобы иметь метод, который бы точно определял вес корабля; но на практике он удовлетворится методом, дающим приблизительный результат, при условии, что результат не будет слишком неверным , потому что ему все равно придется проектировать свою установку со значительным запасом прочности . В свое время у них были некоторые эмпирические формулы , которые давали представление об объеме корабля; аналогичные формулы в сочетании с осадкой корабля могли быть получены для оценки водоизмещения и, следовательно, веса корабля.

Однако весь вопрос основан на сомнительных предположениях. Корабли не проектировались и не строятся так, чтобы их можно было поднять из воды. Если кто-то попытается поднять корабль из воды , он разобьется, если не уделить должного внимания опорам. Если вы посмотрите на корабль в сухом доке , вы заметите, что он должен поддерживаться по всей длине киля — киль далеко не настолько силен, чтобы сопротивляться поддержке в небольшом количестве точек.

Викторианцы построили несколько лодочных подъемников , таких как подъемник на Дорсетском и Сомерсетском каналах или лодочный подъемник Андертон . Они работают, поднимая корабль , когда он плавает в кессоне; весь вопрос о точном вычислении веса корабля обходится путем добавления или удаления воды до тех пор, пока поднимающиеся и опускающиеся кессоны не придут в равновесие, т. е. вода не поднимется до одного уровня.

Это может показаться нелогичным, но если корабль поднимают, пока он плавает в воде, то его масса может не иметь значения. Это потому, что если контейнер с водой всегда имеет одинаковую глубину, то вода и плавающий в ней корабль всегда будут весить одинаково.

Вам нужно знать вес только в том случае, если вы поднимаете корабль самостоятельно или в контейнере, в котором глубина воды меняется.

Точно так же неинтуитивно - количество воды, «использованное» кораблем или кораблями при переходе через шлюзовую систему, всегда одинаково, независимо от количества/формы/размера/веса кораблей.

«Вес» = водоизмещение

Как обнаружил Архимед (Эврика!), вес всего, что плавает в воде, равен объему воды, вытесненной этим плавающим предметом.

К викторианской эпохе корпуса кораблей, особенно сделанные из металла, рисовались на эскизах, прежде чем их собирали в реальной жизни. По эскизам можно было сделать точные замеры. Небольшое интегрирование позволит определить объем воды, вытесняемой судном, когда ватерлиния подходит к точке x на корпусе, обычно что-то нарисовано на корпусе.

В ВМС США мы до сих пор используем эти линии для оценки массы топлива, которое мы загрузили на корабль и с корабля, чтобы определить, есть ли утечка топлива.

Линии есть как в передней, так и в задней части корабля, и вы можете использовать маркировку спереди и сзади, в случае, если корабль плохо дифферентован, то есть он спереди или сзади ниже, чем у другого, чтобы определить общее «смещение». И если вы посмотрите статьи в Википедии о кораблях, их размер указан в водоизмещении, а не в весе.

Так что викторианцы могли и делали таблицы для капитанов своих кораблей, чтобы сообщить им, какое полное водоизмещение корабля зависит от осадки. Это очень важно, поскольку его можно использовать в обратном порядке... а именно, какую массу вы можете взять на свой корабль (топлива и груза), прежде чем ваша осадка превысит x. Если бы он шел на мелководье, капитан корабля не стал бы перегружать свой корабль.

Что-то похожее на ваше решение с противовесами было сделано в реальной жизни здесь: https://en.wikipedia.org/wiki/Falkirk_Wheel

Это вращающаяся конструкция, в каждом из концов которой находятся два одинаковых резервуара с водой. Когда лодка входит в один из таких бассейнов, она перемещает количество воды, вес которого равен ее собственному весу, что делает подъемную силу идеально сбалансированной без необходимости выполнять какие-либо расчеты или оценки веса корабля.

Он может даже иметь одну лодку, прибывающую и опускающуюся одновременно.

Нет необходимости в полном сухом доке, который действительно необходим, только если вы работаете над корпусом лодки. У нас уже есть система, управляющая лодками: каналы.

Если у вас есть такая структура канала, что базовая известная глубина позволяет лодке плавать, а затем заранее определенный объем воды «заливается» в шлюз канала, вы можете получить полное водоизмещение без всех осложнений сухого дока. Преимущество этой системы в том, что ее можно интегрировать с подъемником, поэтому, как только вы рассчитаете противовес, вы сможете задействовать подъемник.

Викторианские инженеры смогли рассчитать погруженный объем корпуса. Они не делали этого очень часто, потому что в этом не было необходимости. Например, Фруд рассчитал, как лабораторные испытания корпусов кораблей будут масштабироваться до реальной жизни.

Очевидный ответ — знать вес каждой лодки при постройке и знать вес груза, который она держит, ведь весь груз нужно было загрузить и отбалансировать перед отплытием. Бьюсь об заклад, что капитан каждого корабля имел довольно хорошее представление о водоизмещении своих кораблей (или о каком-либо другом понятии веса, которое можно было бы использовать для расчета массы корабля для подъема), которое можно было просто записать в корабельный журнал и передать командующему. докер. Поскольку высокая точность не требуется, достаточно грубой оценки.

Я не знаю, способны ли они на такой расчет, но другой возможностью было бы приложить к кораблю известную силу (массу) и посмотреть, как он ускоряется.

Поместите корабль где-нибудь так, чтобы можно было построить башню (на некотором расстоянии) перед ним (башня A), а также другую башню прямо за ним (башня B).

Поместите (тяжелую) массу на вершину башни А (масса А).

Поместите груз (тоже тяжелый) на дно башни B (масса B).

С помощью веревки привяжите груз A двумя роликами к передней части ожидающего корабля: один наверху башни, другой внизу.

Сделайте то же самое для башни B, но не прикрепляйте веревку к задней части корабля, просто попросите кого-нибудь прикрепить ее к кораблю по команде.

Теперь пусть масса A упадет. Это разгонит корабль с силой$g * m_A - F_F$, за период времени$t_A$пока масса не достигнет земли.

Немедленно, когда масса А упадет на землю, дайте команду прикрепить другую веревку, которая связана с массой В, к задней части (движущегося) корабля. Это будет медленно замедлять корабль с силой$m_B * g + F_F$и поднимите массу B земли до тех пор, пока$t_B$корабль (ненадолго) останавливается, прежде чем двигаться назад.

Обратите внимание на высоту$h_B$что масса B была поднята максимально. Вместе с высотой$h_A$какая масса A изначально находилась над землей, это можно использовать для расчета массы корабля.$m_S$. Начните с сил:

$m_S * a_A = F_A = g * m_A - F_F$

$m_S * a_B = F_B = g * m_B + F_F$

Теперь, чтобы не усложнять ситуацию, предположим постоянное трение.$F_F$и, следовательно, постоянное ускорение в обоих случаях (хотя это внесет много ошибок в расчет).

Расстояние, пройденное с постоянным ускорением, равно$x = 1/2 * a * t^2$, таким образом

$a_A = 2 * h_A / t_A^2$

$a_B = 2 * h_B / t_B^2$

Вычислите эти два из измерений.

Теперь вернемся к двум уравнениям относительно сил. Решение одного для$F_F$один приходит к:

$F_F = g * m_A - m_S * a_A$

$m_S * a_B = g * m_B + F_F$

И поэтому:

$m_S * a_B = g * m_B + g * m_A - m_S * a_A$

И далее:

$m_S = (m_B + m_A) * g / (a_B + a_A)$

Как вы могли догадаться по рисункам, это быстрый и грязный набросок, который я делаю на своем мобильном телефоне. Таким образом, все вышеперечисленное может быть совершенно неверным.

Вряд ли у вас будет одинаковый вес на той или иной лодке, проходящей через ваш канал. Даже одно и то же судно в двух рейсах будет иметь разный вес из-за груза, трюма, экипажа и множества других факторов. Это оставляет вам два варианта, если вы настаиваете на подъеме лодки: перепроектирование или взвешивание перед подъемом.

Взвешивание

Другие ответы касались особенностей того, как вы получите вес сосуда. Проблема в том, что это требует времени, и чем больше времени вам потребуется, чтобы провести судно по вашему каналу, тем меньше денег вы заработаете и тем больше времени потребуется для доставки вещей. Всегда есть вариант «просто добавить вес к ковшу противовеса, пока он не заработает», но это также увеличивает время подъема.

Сверхинжиниринг

Чрезмерное проектирование увеличит ваши затраты на строительство, что является большим минусом, когда вы пытаетесь заработать на своем канале. Это также потребует больших затрат на техническое обслуживание (поскольку в целом у вас более крупный аппарат). У вас также есть некоторые серьезные проблемы, если у вас произошел сбой во время подъема, что требует дальнейшего чрезмерного проектирования избыточности или принятия определенного уровня риска.

Замки

Решение, которое я бы порекомендовал вашему владельцу канала, — просто установить замок в его канале. Они использовались тысячелетиями, и технология не такая уж сложная (но базовая конструкция может постоянно улучшаться с помощью технологий. Есть причина, по которой мы до сих пор их строим). Это решает вашу проблему с весом, потому что вам просто нужно закачать воду, а плавучесть позаботится обо всем остальном. Это также будет быстрее, чем подъемная система, требующая предварительного взвешивания (вариант сухого дока требует больше работы, чем шлюз, с точки зрения откачки и сооружений аналогичного размера), и он проще и безопаснее, чем сложное решение.

Даже если у вас есть сложная насосная система, и вы столкнулись с какой-либо неисправностью, вы всегда можете управлять замком «вручную», открывая ворота по отдельности, чтобы залить и слить воду из замка. Или, если это не вариант, ваш отказоустойчивый вариант состоит в том, чтобы разблокировать нижний замок, и тогда ваши лодки просто «застревают» в канале нижнего уровня, пока его не починят (что гораздо предпочтительнее, чем «худший сценарий» подъемник, представляющий собой лодку, разбившуюся о землю).

Если вам действительно ДОЛЖЕН быть подъемник для сухого дока, то я бы рекомендовал решение, в котором используется комбинация контрольного веса и величины, на которую изменяется водоизмещение лодки.

Просто прикрепив к кораблю фиксированный противовес, наблюдайте, на сколько лодка поднимается в воде, и затем можно оценить вес корабля на основе величины, на которую водоизмещение лодки было «сведено на нет».