Было ли решение капитана Титаника правильным?

Вы задали два вопроса; Я собираюсь дать очень длинный ответ. Но TL; DR:
Как указано в заголовке: «Было ли решение капитана Титаника правильным?» - ответ "вероятно, да"
Как задано ниже: Был ли у "Титаника" шанс избежать своей трагической участи? :- ответ "как только они столкнулись с айсбергом, как они это сделали, нет".

«Титаник» считался «непотопляемым», потому что любые четыре из шестнадцати отсеков могли быть затоплены, и он все равно оставался бы на плаву. Эти отсеки (см. рисунок ниже) представляли собой в основном вертикальные «стены» по всему кораблю. Если область между любыми двумя стенами затоплялась, вода не могла попасть в другие отсеки (при закрытых дверях). Думайте об этом как о 16 меньших лодках, сваренных вместе, и вы получите идею.

Однако, взглянув на диаграмму, вы увидите, что эти «стены» не доходили до самого верха. Конструктор корабля был на борту во время первого рейса и сказал капитану, что корабль не выживет — потеря более 1/4 плавучести — это слишком много, а когда корабль начнет крениться, вода начнет течь через него. водонепроницаемые преграды, заправочный отсек 6, 7, ... Так что закрытие дверей не помогло бы. Их ключевой задачей было высадить пассажиров с корабля, и они проделали ужасную работу (у них не только не было достаточного количества спасательных шлюпок, но и те, которые у них были, были не все заполнены, потому что на самом деле не было надлежащей подготовки - в конце концов, она был «непотопляемым»).

Если бы они не пытались уклониться от айсберга, а столкнулись с ним лоб в лоб, то разрушили бы передний отсек (может быть, даже два); но они могли бы закрыть водонепроницаемые двери, и корабль уцелел бы. Бутылки на полке в баре первого класса могли бы и не иметь, потому что удар отбросил бы все и всех вокруг довольно сильно.

Для получения более подробной информации см. Это , которое также является источником этого изображения:

Трагедия заключалась в том, что, пытаясь избежать столкновения , они поцарапали айсберг (большая часть которого находилась под водой — тут дело в физике), и он разрезал пять последовательных отсеков (на самом деле — сила столкновения выбила заклепки). Это привело к отсутствию плавучести, из-за чего корабль накренился - и затопляющая вода оказалась выше уровня водонепроницаемых отсеков (которые не доходили до верха), поэтому другие отсеки могли затопить.

Вероятно, оставление водонепроницаемых дверей между отсеками открытыми замедляло процесс опрокидывания. Как только корабль достиг определенного угла, напряжения становились слишком большими (изгибающая сила от передней части, пытающейся утонуть, и от задней, пытающейся всплыть). Считается, что котлы (помните, что это был огромный паровой корабль) вырвались из строя и «провалились» через всю длину корабля, пробивая дыру, набирая скорость. Корпус, возможно, также сломался пополам, так как напряжения изгиба были намного больше, чем он был рассчитан. В этот момент генераторы электричества вышли из строя, дыра в корпусе стала значительно больше, и все закончилось за считанные секунды.

Источник: Мои воспоминания после прочтения « Незабываемой ночи » .

Я только что понял, что пишу это к 102-й годовщине гибели корабля... Может быть, поэтому вы только что посмотрели этот документальный фильм.

ОБНОВИТЬ

Вопрос «а что, если бы они не попытались уйти» все еще крутился у меня в голове. Вот что я знаю:

• Во время ходовых испытаний они совершили «аварийную остановку»: от полного хода вперед (21 узел) до полного хода назад потребовалось 195 секунд, чтобы остановиться; за это время они прошли 850 ярдов
• Офицеру мостика потребовалось 37 секунд, чтобы отреагировать на предупреждение «Айсберг впереди»: он выключил двигатель и резко перевел штурвал влево. Из-за размера руля у «Титаника» был гидроусилитель руля (с паровым приводом).
• Когда он ответил, оставшееся расстояние оценивалось в 900 футов, а скорость составляла около 22 узлов: близко к максимальной скорости (которая составляла 24 узла). Помните, они собирались установить рекорд скорости в Атлантике...

Итак, теперь мы можем заняться математикой.

Первый вопрос:
какого замедления они могли бы добиться, если бы их двигатели были резко повернуты назад?

Данный$v=10.8m/s$а также$t=195s$, замедление было$v/t=0.055 m/s^2$

Второй вопрос:
если бы они бросили двигатели полностью назад за 900 футов, как быстро они двигались бы при столкновении?

С$d=274m$,$v_{init}=10.8m/s$а также$a=-0.055m/s^2$,$v_{impact}=9.3m/s$

Обратите внимание - это скорость, с которой вы бы двигались, если бы прыгнули примерно на 4,4 м или прыгнули со второго этажа здания. Ой.

Третий вопрос:
если бы они отреагировали на 37 секунд раньше, каким был бы ответ?

Мы вычитаем$at$из исходного ответа и получить$9.3 - 0.055*37 = 7.2m/s$. Это соответствует падению с 2,6 м — чуть больше половины высоты предыдущего ответа.

Последний вопрос:
насколько корабль смялся бы от такого удара?

Это тяжело. Корпус был сделан из стальных листов толщиной от 1 до 1,5 дюймов, которые были склепаны вместе (и на самом деле это лопнувшие заклепки создали фатальную дыру в корпусе). При массе более 53000 тонн (зависит от того, кого вы спросите - они проходили 600 тонн угля в день, так что это число очень быстро менялось; но мы здесь занимаемся физикой, поэтому$5.3x10^7 kg$достаточно близко) он имел импульс

<briefly switching to imperial units. I'll be right back>
Теперь предел текучести стали составляет «около 40 000 фунтов на квадратный дюйм», и давайте предположим, что в столкновении участвует только часть корабля ниже ватерлинии. При осадке в 34 фута и предполагаемой ширине носовой секции в 32 фута у нас есть приблизительно 100 погонных футов стали или 1200 погонных дюймов стали. Но эти пластины будут иметь значительное усиление, и для сгибания такого количества стали потребуется большое усилие. Но тогда у Титаника был большой импульс...
<back to SI units>

Консультируясь с http://dspace.mit.edu/bitstream/handle/1721.1/77770/47046428.pdf , становится ясно, что полный расчет довольно сложен, но фотографии в этом тезисе дают нам общее представление о том, что искажение может быть " порядка" 1/3 высоты корабля. Это будет около 10 м. Если бы она действительно полностью остановилась через 10 м, для этого потребовалось бы ускорение около 0,7g. Так что да, были бы жертвы, особенно среди тонкого фарфора. Потеря фронта на 10 м уничтожила бы одно отделение, но только одно.

Я подозреваю, что много льда тоже было бы сломано - ведь предел текучести льда довольно низок по сравнению со сталью (по крайней мере, в 15 раз, хотя значения сильно различаются). Но тогда корпус был «полым», и как только носовая часть проникала более чем на пару футов, лед побеждал.

Сдвинулся бы айсберг? Поскольку 9/10 его объема находятся под поверхностью, а высота айсбера сравнима с высотой корабля, я осмелюсь сказать «не совсем», не пытаясь провести детальный расчет.

Наконец, вопрос о третьем гребном винте:
Третий гребной винт был установлен на одной линии с рулем направления.

В такой конфигурации, когда гребной винт движется вперед, вода обтекает руль и усиливает действие руля. Когда вы «переключаете двигатель в нейтральное положение», как это было сделано непосредственно перед столкновением, руль становится менее эффективным, и корабль будет поворачиваться медленнее. В крайнем случае, если бы вы могли изменить направление тяги на центральном пропеллере, вам пришлось бы повернуть колесо в другую сторону, чтобы получить тот же эффект поворота.
Большие современные суда имеют «носовое подруливающее устройство» — это турбина, которая устанавливается поперечно возле носа и позволяет применять боковую силу независимо от скорости судна. Это обеспечивает гораздо большую маневренность на этих длинных кораблях - гораздо больше, чем "один вперед, один назад".

Еще одна интересная отсылка:
физический мир

У меня есть один насущный вопрос: когда парусное судно слегка повреждено при столкновении, иногда приходится «тянуть килем» парус — по сути, тянуть его под корпус, чтобы он закрыл дыру и замедлил скорость, с которой входит вода. Интересно, было ли на «Титанике » достаточно веревки и ткани (а может, и стальных пластин) на борту, чтобы здравомыслящий инженер мог произвести аналогичный аварийный ремонт на воде. В конце концов, на самом деле не было необходимости останавливать попадание воды: ее нужно было просто замедлить настолько, чтобы дать насосам шанс на борьбу; при этом первоначальная скорость затопления была в 12 раз больше, чем производительность насосов, поэтому любой «заплатка» должна была быть действительно хорошей...

И еще одна отличная ссылка (содержит более подробное обсуждение всего вышеперечисленного и, вероятно, более квалифицированными людьми) — http://www.encyclopedia-titanica.org/ . Я не решаюсь опубликовать его, потому что я только что его нашел, и он не всегда согласуется с моим анализом... Возможно, мне придется написать еще одно обновление после того, как я переварю часть его содержимого.