Un crucero chocando contra una puerta de esclusa [cerrado]

Para mi proyecto, necesito crear una compuerta de esclusa que se usará para el Canal de Panamá. Una de las muchas cosas que dijo mi maestro fue que, para el diseño de la compuerta de la esclusa, la compuerta no debería fallar cuando la golpea un barco grande (como un crucero).

Toda la información que necesitamos para calcular, como la masa de un crucero común, se puede encontrar en Internet u otros lugares. Llegamos a la conclusión de que la masa de un crucero, en el peor de los casos, es igual a 65.000.000  kg + 158.200.000  kg = 223.200.000  kg .

El 65.000.000 es la masa de un crucero común y la 158.200.000 es la masa máxima que puede albergar un crucero. La velocidad promedio de un crucero es igual a aproximadamente 7  EM .

Ahora podemos calcular la energía cinética, que es:

mi k = 1 2 metro v 2

mi k = 1 2 ⋅ 223.200.000 ⋅ 7 2

mi k = 5.468.400.000  j

Pero después de esto, me quedé atascado. Un consejo de mi maestro fue que también necesitamos usar la fórmula W = F ⋅ s , mientras s es la muesca de la compuerta de la esclusa. ¿Cómo sé que la compuerta de bloqueo no fallará? Quería probar algo como esto:

1 2 metro v 2 = F ⋅ s

Pero no estoy seguro si esto es correcto. ¿Cuál es el enfoque correcto para saber si una compuerta de esclusa fallará o no contra un bache de un crucero?

Editar

Aquí está la información sobre la puerta de bloqueo:

La compuerta de la esclusa en sí mide 31 mx 10 mx 57 my está hueca por dentro. Esto deja un espacio de 30 mx 9 mx 56 m:

ingrese la descripción de la imagen aquí

El espesor del borde es de 0,5 m en todas partes. La caja exterior está hecha de acero y tiene vigas cruzadas de acero.

¿Cuál es toda la información que tienes sobre la puerta de bloqueo?
@lemon He agregado la información sobre la puerta de bloqueo. El diseño de las vigas de acero aún no se conoce.
Los barcos que maniobran en o cerca de una esclusa no alcanzarán una velocidad cercana a los 7 m/s. La pregunta que uno debe hacerse es: ¿qué absorbe la energía en la colisión? ¿Es el barco, la puerta de la esclusa o algún tercer elemento (amortiguador)? si es el barco, se dañará; ídem el agujero. Creo que necesitas diseñar un "parachoques" deliberado.
@Floris Ohh, eso es bastante lógico. Un barco siempre reduce la velocidad cuando se acerca a la puerta de la esclusa. En cuanto al parachoques, es muy lógico y probablemente yo habría hecho lo mismo, pero esto no está permitido por el diseño. Creo que esto tiene algo que ver con la s, que debe ser lo más pequeña posible. Para esto, necesito saber la F, pero no tengo idea de cómo hacerlo.
Re, "como un crucero", en.wikipedia.org/wiki/Panamax
La fuerza que el barco ejerce sobre la puerta no depende del impulso del barco, sino de la rapidez con que cambia el impulso (es decir, de la rapidez con la que el barco en movimiento se detiene). Cuanto más rápido se detiene, mayor es la fuerza. El "parachoques" que sugirió @Floris es algo que el barco puede aplastar y reduce la fuerza del impacto al distribuirla durante el tiempo que lleva aplastar el parachoques.
Mire mi respuesta sobre el Titanic : incluye algunos análisis y enlaces relevantes.
PD: si un barco en movimiento golpea una compuerta de esclusa, algo se aplastará. Si es la proa del barco, eso es malo. Si es la puerta, eso es peor.
@jameslarge ese era precisamente mi punto. Puede tener una colisión elástica, que requiere la capacidad de almacenar la energía (resorte gigante), o inelástica: algo se deforma a medida que absorbe la energía. ¿Por qué no se le permitiría diseñar una cerradura con parachoques? ¿Has mirado los diseños de las cerraduras reales? ¿Es esta una pregunta de física básica o ingeniería civil avanzada?
@Floris Esta es más una pregunta básica de física. Estaba pensando en preestablecer el s a un número pequeño, como 0,01 m, que es el daño (indentación) de la compuerta de la esclusa en metros. Para el F , Yo obtengo 2.79 ⋅ 10 9  norte , pero no estoy seguro de qué significa la F en esta situación.
Estoy de acuerdo en que la forma en que se presenta la pregunta es extraña, porque tiene más sentido usar un parachoques.
La F que calcularías es la fuerza promedio sobre el barco. ¡Si solo se mueve 1 cm para detenerse en seco, verá una desaceleración muy alta! Por cierto, verifique su cálculo de masa: los números son inconsistentes.
@Floris Oh, gracias. Creo que voy a pensar un poco más sobre esto porque estoy atascado en este momento. Buena observación sobre los números, he arreglado esto.

Respuestas (1)

No sé qué fuente usó para obtener las masas de un crucero "común" y su contenido. 158.000 toneladas métricas parece mucho para meter en un solo barco. ¿Qué pasó? ¿Todos los pasajeros trajeron maletas de plomo en este viaje?

Los cruceros de clase Spirit pueden caber en las esclusas del canal y tienen un peso muerto de solo 7500 toneladas. Calculo el peso vacío de uno de estos barcos en unas 37.500 toneladas, o unas 45.000 toneladas para el barco completamente cargado.

https://en.wikipedia.org/wiki/Spirit-class_cruise_ship

No puede utilizar las cifras de tonelaje bruto para estimar el peso, ya que el tonelaje bruto es una medida del volumen interno del buque.

https://en.wikipedia.org/wiki/Gross_tonnage

Muchos de los cruceros más grandes no caben en las cámaras de las esclusas del canal porque físicamente son demasiado grandes. Las cámaras de las esclusas tienen 1000 pies de largo por 110 pies de ancho, y la embarcación más ancha que normalmente se acomoda no puede tener más de 105 pies de ancho.

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