Ảnh hưởng của nền đáy

Có hai kiểu ma sát cơ bản, (a) ma sát trượt và tĩnh tại, khi bề mặt của một vật thể nằm hoặc di chuyển tiếp xúc với bề mặt của một cái khác, và (b) ma sát lăn, khi một vật thể như là bánh xe hoặc hình cầu lăn tròn qua bề mặt của vật thể khác trong khi vẫn cố định trục của nó.

Ảnh hưởng của các lực ma sát lên lưới, dây viền và phụ tùng ngư cụ không chỉ xãy ra khi ngư cụ tiếp xúc nền đáy trong quá trình di chuyển, mà còn khi ngư cụ đang cố định nhưng lại chịu ảnh hưởng của dòng chảy. Trong trường hợp thứ nhất, ma sát nền đáy sẽ làm tăng thêm lực cản. Trong trường hợp thứ hai, ma sát nền đáy sẽ quyết định vị trí và hình dáng ngư cụ. Trong trường hợp ngư cụ di chuyển, ma sát trượt cũng thường được bao hàm trong đó.

Ta có công thức thực nghiệm để tìm ra tổng lực cản ma sát (gồm cả lực cày xới) nền đáy R_đ qua sử dụng công thức thực nghiệm sau:

R_g = K_g. W_w (2.20)

ở đây: R_g - là tổng lực cản ma sát do bởi nền đáy; K_g - là hệ số thực nghiệm dưới ảnh hưởng của nền đáy; W_w - là trọng lượng của vật thể trong nước.

Giá trị của K_g được cho trong Bảng 2.6 được đo đạc dưới các điều kiện trung bình qua hai kiểu nền đáy cứng. Tuy nhiên lại không có dữ liệu của nền đáy mềm (bùn).

Việc lăn tròn của các phụ tùng ngư cụ, chẳng hạn con lăn của lưới kéo, sẽ tạo ra lực ma sát làm cho chúng không chỉ bị trượt mà còn lăn trên nền đáy (H 2.18).

Lực cản ma sát lăn thật sự của con lăn khi đó sẽ là:

Rb = Er. Rg (2.21)

ở đây: R_b - là lực cản của con lăn bao gồm ảnh hưởng của việc lăn; R_g - là lực cản của nền đáy khi con lăn được kéo xoay quanh trục của nó; E_r - là hệ số lăn.

Sự ma sát lăn còn phụ thuộc vào góc tống α_b của phương trục lăn và phương di chuyển. Giá trị của E_r được cho trong Bảng 2.7.

Ở α_b = 90^o con lăn sẽ lăn dễ dàng và lực cản của nó là tối thiểu. Khi α_b = 0^o con lăn sẽ không lăn và lực cản nền đáy sẽ được ước lượng theo Bảng 2.6 và công thức (2.20).

Trong ngư cụ cố định thì chì, đá dằn (túi cát hoặc đá) và neo có chức năng làm tăng cường thêm lực cản nền đáy R_đ để thắng lại các ngoại lực do dòng chảy, sóng, gió tác động lên phụ tùng ngư cụ. Thí dụ, một viên chì có thể phụ thuộc vào áp lực áp thủy tĩnh F₁ nào đó bởi dòng chảy và đồng thời bởi lực F₂ do được truyền dọc theo viền chì dưới ảnh hưởng của lưới nằm trong dòng chảy. Nếu

F = F₁ + F₂ ≤ R_g

thì viên chì sẽ giữ ở vị trí của nó. Và nếu F = F₁ + F₂ ≥ R_g thì viên chì sẽ di chuyển dọc theo nền đáy.

Khi đá dằn được sử dụng (lưới rùng) lực F từ dây neo thì không theo phương ngang mà hợp với một góc β nào đó (H 2.19) để mà thành phần thẳng đứng của lực căng dây làm giảm hiệu quả của trọng lượng túi dằn. Độ lớn của góc β này phụ thuộc vào độ sâu của nước và chiều dài của dây căng.

Khi đó, lực cản hay lực giữ R_g đối với đá dằn được ước lượng xấp xĩ là:

Rg=Kg.Ww1+HL.Kg size 12{R rSub { size 8{g} } = { {K rSub { size 8{g} } "." W rSub { size 8{w} } } over {1+ left ( { {H} over {L} } right ) "." K rSub { size 8{g} } } } } {} (2.32)

ở đây: H là độ sâu; L là khoảng cách ngang từ ngư cụ đến đá dằn.

Lực thẳng đứng chỉ trong H 2.19 là phản ứng của nền đáy, nó bằng với trọng W_w của đá dằn trong nước trừ đi thành phần hướng lên của sức căng dây. Từ (2.22) cho thấy rằng lực giữ của đá dằn thì phụ thuộc không chỉ vào trọng lượng mà còn phụ thuộc vào tỉ số H/L. Do vậy, nếu H = 0, lực ma sát giữ sẽ là cực đại; và nếu L = 0 thì sẽ không có lực ngang từ ngư cụ và cũng không cần có lực giữa ma sát của đá dằn.

Lực giữ của neo R_g thì phụ thuộc vào trọng lượng, kiểu neo, đặc tính của nền đáy và phương của đường dây neo. Nó có thể được ước lượng theo công thức sau:

R_g = K_a.W_w (2.23)

ở đây: K_a là hệ số thực nghiệm phụ thuộc vào kiểu neo vào nền đáy. K_a = 5-7 đối với đáy cát; và K_a = 12-15 đối với đáy sét.

Thí dụ 2.9

Tính trọng lượng trong nước của một túi dằn bằng cát để giữ vách tấm lưới cố định một chổ, nếu lực cản theo phương ngang của lưới là 100 kg. Chiều dài dây căng là 10 m, độ sâu là 4 m và nền đáy là cát.

Giải:

Để ngăn ngừa sự dịch chuyển, lực giữ của túi dằn R_g không thể ít hơn lực đẩy nó đi. Kết quả là tối thiểu R_g = 100 kg. Hệ số ma sát K_g cho trong Bảng 2.6 là 0,76. Khoảng cách nằm ngang L từ chân lưới đến túi dằn được tính như sau:

Bây giờ tái sắp xếp lại (2.22) để tìm trọng lượng trong nước (W_w) của túi cát,

Ww=RgKg(1+HL.Kg)=1000,76(1+49,17×0,76)=175 size 12{W rSub { size 8{w} } = { {R rSub { size 8{g} } } over {K rSub { size 8{g} } } } ( 1+ { {H} over {L} } "." K rSub { size 8{g} } ) = { {"100"} over {0,"76"} } ( 1+ { {4} over {9,"17"} } times 0,"76" ) ="175"} {} kg

Dĩ nhiên, đây là giá trị tối thiểu, giá trị này cần phải nhân thêm với hệ số an toàn từ 2-3 theo mức dự đoán sự biến động của lực làm di chuyển vật thể.

Thí dụ 2.10

Tính trọng lượng của neo để giữ cho giềng chì của lưới cố định tại một chổ, nếu sức căng của dây neo là T = 200 kg. Hệ số lực giữ của neo là K_a = 5, độ sâu là 6 m và chiều dài dây neo là 60 m.

Giải:

Lực giữ của neo R_g không được ít hơn sức căng của dây neo R_x, nghĩa là:

R_g = R_x = T.cosβ

ở đây β là góc hợp giữa nền đáy và phương dây neo. Nhưng sin β = 6/60 = 0,1 khi đó cosβ=1−0,12=0,995≈1 size 12{"cos"β= sqrt {1 - 0,1 rSup { size 8{2} } } =0,"995" approx 1} {}. Do vậy, nếu dây thì đủ dài so với độ sâu thì sức căng của dây gần bằng với lực cản:

R_g ≈ T = 200 kg

Tái sắp xếp lại công thức (2.23) trọng lượng tối thiểu trong nước của neo là: