És ha dől, miért nem borul fel?
Amikor a szél megfújja a vitorlát, azzal nemcsak oldalra billentő hatást hoz létre, de az egész hajót is igyekszik oldalra tolni, a víz alatt is. Mivel a hajótest víz alatti síkja (laterálfelület) oldalirányba nem tud elmozdulni (legalábbis csak elhanyagolható mértékben), a szél alatti oldalon kialakuló víznyomás létre hoz egy olyan erőt, amely ellentétes irányú a vitorlán kialakuló döntőerővel, de a billenés forgáspontja alatt. Ez a két erő egymástól függ; minél nagyobb a szélerő, annál nagyobb lesz a víz alatti laterális felhajtóerő. Mind a kettő azonos módon, „szél alatti” oldalra dönti a vitorláshajót.
Ha nem lenne semmi, amely ezen erők ellen dolgozna, a vitorláshajó felborulna. Azonban a hajó dőlésével egyre csökken a vitorlázat és a laterálfelület függőleges vetülete, tehát (azonos szélerő mellett) a hajó dőlése automatikusan csökkenti a külső erők hatását. Ezt a hatást felerősíti a csökkenő laterális felület következtében létrejövő megnövekedett mértékű oldalcsúszás, amely – minthogy ilyenkor már oldalra, a széllel egyező irányban is mozog a vitorláshajó – további csökkenést eredményez a szél vitorlákra gyakorolt erejében.
De a hajótestnek van továbbá formastabilitása, azonkívül súlya is, melynek egy jelentős százalékát a hajótest alatt, a tőkesúly tartalmazza.
A szélcsendben egyenesen álló hajótest felhajóerejének támadáspontja éppen középen van. Amint megdől a hajó, a hajótest „letámaszkodik” az oldalára, azaz a hajótest víz alatti térfogata oldalra vándorol. Ezzel együtt a felhajtóerő hatásvonala is, amely a hajó tömegközéppontja alóli eltávolodással egy visszaállító nyomatékot hoz létre. Minél jobban oldalra dől a hajó, annál jobban erősödik ez a hatás (egy bizonyos pontig)
A tőkesúly működésének hasonló a logikája. Alapesetben (nyugalmi helyzetben) a vitorlás tőkesúlya a hajó rendszersúlypontja alatt helyezkedik el. Ilyenkor csak a nehézségi erő hat, egy vonalban a hajó rendszersúlypontjával. Amint a hajótest oldalra billen, és a tőkesúly kimozdul oldalra, létrejön egy visszaállító nyomaték. Minél jobban dől a hajó, annál nagyobb lesz ez a visszaállító nyomaték, legerősebb akkor (lenne), amikor a hajó teljesen oldalra dőlne.
Minél jobban dől tehát a hajó, annál nagyobb lesz a visszaállító nyomaték is. Amikor az összes döntőerőt éppen kiegyenlíti a visszabillentő erők összege, akkor a hajó helyzete – egy adott dőlési szögön – stabilizálódik. Ha tovább erősödik a szél, a hajó még jobban megdől, amíg a megnövekedő visszabillentő erők ismét kiegyensúlyozzák a döntőerőket. Gyönyörő mechanizmus, nem igaz?
Néhány egyszerű következtetést is levonhatunk a fentiek alapján:
- Minél nagyobb a vitorlafelület, változatlan szélerő mellett annál jobban fog dőlni a hajó – ezt eddig is tudta mindenki, ezért reffelünk, vagy engedjük ki a vitorlát, ha nagyon dől a vitorlás.
- Minél nagyobb a laterálfelület – annál jobban fog dőlni a hajó. Nem árt, ha a laterálfelületet is úgy fogjuk fel, mint egyfajta víz alatti vitorlát…
- A fentieknek természetesen a fordítottja is igaz: azaz, erős szélben, vitorlás csónakon, a svertet (uszonyt) feljebb húzva (a laterálfelületet csökkentve) tudjuk tovább csökkenteni a hajó dőlését! Felhúzható tőkesúlyos hajón ezt azért nem tehetjük meg, mert a súly emelésével a tőkesúly visszaállító nyomatékát is csökkentenénk. Azonban svertkiel-es hajón a svertet húzzúk föl!
- Minél szélesebb a hajó, annál nagyobb a hajótest formastabilitása, ilyenkor kisebb tőkesúly is elég lehet, mint egy hasonló paraméterű, de keskenyebb hajótesten (persze a stabilitás karakterisztikája eltérő lesz a két hajón). Nem véletlen tehát az sem, hogy a legtöbb tőkesúly nélküli vitorlás csónak (jolle) bizony meglehetősen formastabil tervezés.
- Az előző fordítva is igaz: mélyre lenyúló és jó nehéz tőkesúly esetén nincs szükség különösebb formastabil hajóra, ilyen esetben stabilitási szempontból a tőkesúly lesz a meghatározó. Erre példa például az összes régi klasszikus balatoni cirkáló (Schärenkreuzer) vitorlás, köztük is a legöregebb a Kishamis.
- Az „élősúly”, azaz a legénység mozgatása a megfelelő oldalra jelentős mértékben hozzájárulhat a hajó stabilitásához. Egy átlagos 25 lábas balatoni túravitorlásnak a tőkesúlya általában nem nagyobb fél tonnánál. Lehet, hogy a hajón tartózkodó legénység össz súlya is megvan ennyi…
Természetesen a hajó stabilitása nagyon összetett dolog, menetben lévő hajóra dinamikus felhajtóerő is hat, és a visszaállító nyomaték sem mindig lineárisan változik, a különböző dőlési helyzetekben más-más mértékű erők hatnak és összegződnek. Egy adott hajótípus erre vonatkozó adatait a tervező által kiszámolt ún. stabilitási görbe tartalmazza. Más-más stabilitási görbe kell jellemezzen egy katamaránt, egy egytestű hajót, egy nyílt óceánra vagy egy tavi körülmények közés tervezett hajót. Aki azonban érti a rendszer logikáját, magabiztosan fog tudni változtatni a vitorlás beállításain, amikor szükség van rá.
