Perché una nave da centomila tonnellate riesce comunque a galleggiare

Una nave da carico da 100.000 tonnellate resta a galla per lo stesso motivo per cui galleggia una barchetta di carta: lo scafo sposta un volume d'acqua il cui peso eguaglia quello della nave stessa. È il principio formulato da Archimede nel III secolo a.C., e non ha eccezioni per la scala dell'oggetto.

Fatto il conto, una nave di quella massa deve spostare circa 97.500 metri cubi di acqua di mare, dato che l'acqua salata pesa in media 1.025 kg per metro cubo. Non serve che la nave "pesi poco": serve che la sua forma racchiuda abbastanza volume da spingere via quella quantità d'acqua prima che lo scafo finisca sott'acqua.

Il principio che tiene a galla lo scafo

L'acciaio dello scafo ha una densità di circa 7.850 kg/m³, quasi otto volte quella dell'acqua di mare: da solo affonderebbe subito. Quello che cambia il risultato è la forma. Uno scafo è cavo, racchiude stive, serbatoi e spazi vuoti, e la densità media dell'insieme nave più carico più aria scende ben sotto quella dell'acqua, anche se il materiale con cui è costruito è molto più denso del liquido in cui galleggia.

Qui vale la pena distinguere tre numeri che nel linguaggio comune si confondono. Il dislocamento è il peso reale della nave, uguale per definizione al peso dell'acqua spostata. La portata lorda (deadweight) è il carico massimo imbarcabile, cioè merci, carburante ed equipaggio, non il peso della nave vuota. La stazza lorda è invece una misura di volume interno, non di peso, definita dalla Convenzione internazionale sulla stazzatura delle navi del 1969. Una petroliera di classe Aframax ha una portata lorda tra 80.000 e 120.000 tonnellate, una portarinfuse Capesize supera le 150.000: stesse leggi fisiche, scale diverse.

Il limite scritto sullo scafo

Caricare oltre un certo limite riduce il bordo libero, cioè la distanza tra la linea di galleggiamento e il ponte principale, e con essa la riserva di galleggiabilità che serve ad assorbire il moto ondoso. Per questo ogni nave mercantile porta sullo scafo un segno obbligatorio, noto come linea di Plimsoll, che indica il pescaggio massimo consentito. L'obbligo risale alla Convenzione internazionale sul bordo libero adottata dall'Organizzazione marittima internazionale, che ha sostituito nel 1966 il primo testo del 1930 basato proprio sul principio della riserva di galleggiabilità.

La linea non è unica. L'acqua dolce pesa meno di quella salata (circa 1.000 kg/m³ contro 1.025 kg/m³), quindi a parità di carico una nave affonda di più risalendo un fiume che in mare aperto, e la temperatura stagionale cambia leggermente la densità dell'acqua di mare stessa. Per questo il marchio di bordo libero riporta più tacche, una per l'acqua dolce, una per le zone tropicali, una per l'estate e una per l'inverno.

L'equilibrio che tiene la nave dritta

Spostare abbastanza acqua garantisce che la nave galleggi, non che resti dritta. Contano anche la posizione del baricentro, dove agisce il peso complessivo, e quella del centro di carena, il punto in cui agisce la spinta verso l'alto generata dall'acqua spostata. Quando la nave si inclina, il centro di carena si sposta e crea una coppia che può raddrizzare lo scafo o, se la geometria è sfavorevole, accentuarne l'inclinazione.

La distanza tra il baricentro e il punto detto metacentro, chiamata altezza metacentrica, è il parametro che le società di classificazione verificano prima di certificare una nave al carico previsto. Un'altezza metacentrica troppo piccola, spesso conseguenza di un carico stivato male o di una gestione scorretta della zavorra, può portare al ribaltamento anche quando la nave dispone ancora di riserva di galleggiabilità sufficiente sulla carta.

Domande frequenti

Perché una nave di acciaio non affonda come un blocco di ferro?

Perché a contare non è la densità del materiale ma quella dell'insieme. Lo scafo cavo racchiude aria e spazi di carico, così la densità media della nave scende sotto quella dell'acqua anche se l'acciaio da solo affonderebbe.

Cosa succede se una nave viene caricata oltre il limite consentito?

Il bordo libero si riduce e con esso la riserva di galleggiabilità disponibile per assorbire le onde, aumentando il rischio di imbarco d'acqua. È il motivo per cui la linea di Plimsoll segna un pescaggio massimo verificabile a vista.

Perché la stessa nave pesca di più in un fiume che in mare?

L'acqua dolce è meno densa di quella salata, quindi a parità di peso la nave deve spostarne un volume maggiore per restare a galla, e si abbassa di conseguenza. Il marchio di bordo libero riporta una tacca dedicata proprio a questo caso.