Sie beschreiben einen Aufzug, der Gegengewichte verwendet, und schlagen vor, dass Sie das Schiff wiegen möchten, um zu wissen, wie viel Gegengewicht verwendet werden muss. Abhängig von Ihrem Aufzugsdesign ist dies möglicherweise nicht erforderlich. Befestigen Sie Ihren Aufzug am Rumpf des Schiffes. Fügen Sie nach und nach mehr Gegengewicht hinzu. Für jede hinzugefügte Tonne Gegengewicht steigt das Schiff ein wenig aus dem Wasser (entspricht einer Reduzierung seiner Wasserverdrängung um eine Tonne). Die Bediener fügen so lange Gegengewicht hinzu, bis das Schiff aus dem Wasser ist, und haben somit genau das benötigte Gegengewicht. Sie können dann das Anheben (oder Absenken) vervollständigen, indem sie ein wenig zusätzliche Kraft (oder Gewichtsanpassung) auf die eine oder andere Weise hinzufügen.

Um Zeit zu sparen, können die Aufzugsbetreiber die in AlexPs Antwort vorgeschlagenen Methoden anwenden , um eine erste Schätzung des zu verwendenden Gegengewichts zu erhalten, wobei Vorsicht geboten ist.

Ihr Lift ist auch eine Waage. Wenn das gesamte Schiff aus dem Wasser schwebt, ist die Menge an Gegengewicht (geteilt durch den mechanischen Vorteil, den Sie haben) das Gewicht des Schiffs. Das müssen die Bediener nicht wissen, um das Gegengewicht zu ermitteln – das haben sie bereits. Es kann jedoch für andere Zwecke nützlich sein, beispielsweise für die Bewertung der Maut. Die Bediener wissen vom Ingenieur auch, dass eine bestimmte Menge an Gegengewicht (und damit das Gewicht des Schiffes) den Aufzug brechen wird, und werden darauf achten, nicht so viel anzubringen.

(Dies ist eine Ausarbeitung meines Kommentars, den das OP mich gebeten hat, in eine Antwort umzuwandeln.)

Der viktorianische Ingenieur – sagen wir zum Beispiel Mr. Isambard Kingdom Brunel – wäre natürlich daran interessiert, eine Methode zu haben, die das genaue Gewicht eines Schiffes angibt; aber in der Praxis würde er sich mit einer Methode zufrieden geben, die ein ungefähres Ergebnis liefert, sofern das Ergebnis nicht zu falsch ist, da er seine Anlage sowieso mit einem beträchtlichen Sicherheitsfaktor auslegen müsste . Zu seiner Zeit gab es einige empirische Formeln , die eine Vorstellung vom Volumen des Schiffes gaben; Ähnliche Formeln in Kombination mit dem Schiffstiefgang hätten abgeleitet werden können, um die Verdrängung und damit das Gewicht des Schiffes abzuschätzen.

Allerdings beruht die ganze Frage auf fragwürdigen Annahmen. Schiffe wurden und werden nicht so konstruiert und gebaut, dass sie aus dem Wasser gehoben werden können. Wenn man versucht, ein Schiff aus dem Wasser zu heben, wird es zerbrechen, wenn man nicht sehr sorgfältig mit den Stützen umgeht. Wenn Sie sich ein Schiff in einem Trockendock ansehen , werden Sie feststellen, dass es über die gesamte Länge des Kiels gestützt werden muss – der Kiel ist bei weitem nicht so stark, dass er einer Stützung an einer kleinen Anzahl von Punkten standhält.

Die Viktorianer bauten eine Reihe von Bootsliften , wie den Lift am Dorset and Somerset Canal oder den Anderton Boat Lift . Diese arbeiten, indem sie das Schiff anheben, während es in einem Caisson schwimmt; Die gesamte Frage der genauen Berechnung des Schiffsgewichts wird umgangen, indem Wasser hinzugefügt oder entfernt wird, bis die aufsteigenden und absteigenden Caissons im Gleichgewicht sind, dh das Wasser auf das gleiche Niveau steigt.

Dies mag unintuitiv erscheinen, aber wenn das Schiff angehoben wird, während es im Wasser schwimmt, spielt seine Masse möglicherweise keine Rolle. Denn wenn der Wasserbehälter immer gleich tief ist, wiegen das Wasser und das darin schwimmende Schiff immer genau dasselbe.

Sie müssen das Gewicht nur kennen, wenn Sie das Schiff allein oder in einem Container mit unterschiedlicher Wassertiefe heben.

Ähnlich unintuitiv – die Wassermenge, die von einem oder mehreren Schiffen beim Durchfahren eines Schleusensystems „verbraucht“ wird, ist immer genau gleich, unabhängig von Anzahl/Form/Größe/Gewicht der Schiffe.

'Gewicht' = Verdrängung

Wie Archimedes entdeckte (Heureka!), ist das Gewicht von allem, was im Wasser schwimmt, gleich dem Volumen des Wassers, das von diesem schwimmenden Ding verdrängt wird.

In der viktorianischen Ära wurden Schiffsrümpfe, insbesondere solche aus Metall, in Skizzen gezeichnet, bevor sie im wirklichen Leben zusammengebaut wurden. Anhand der Skizzen konnten genaue Messungen vorgenommen werden. Ein wenig Integration würde das Wasservolumen bestimmen, das von einem Schiff verdrängt wird, wenn die Wasserlinie den Punkt x auf dem Rumpf erreicht, normalerweise etwas, das auf den Rumpf gemalt wird.

In der US-Marine verwenden wir diese Linien immer noch, um die Treibstoffmasse abzuschätzen, die wir auf das Schiff geladen und von diesem verlassen haben, um festzustellen, ob Treibstoff austritt.

Die Linien befinden sich sowohl vorne als auch hinten am Schiff, und Sie können die Markierungen vorne und hinten verwenden, falls das Schiff schlecht getrimmt ist, dh es ist entweder vorne oder hinten niedriger als das andere Bestimmen Sie die gesamte "Verschiebung". Und wenn Sie Wikipedia-Artikel über Schiffe nachschlagen, wird ihre Größe in Verdrängung und nicht in Gewicht aufgeführt.

So konnten und taten die Viktorianer Tabellen für ihre Schiffskapitäne, um ihnen zu sagen, was die Gesamtverdrängung des Schiffes basierend auf dem Tiefgang war. Dies ist sehr wichtig, da es umgekehrt verwendet werden könnte ... nämlich wie viel Masse Sie auf Ihr Schiff nehmen können (Treibstoff und Ladung), bevor Ihr Tiefgang x überschreitet. Wenn er in seichte Gewässer fuhr, würde ein Schiffskapitän sein Schiff nicht überladen wollen.

Etwas Ähnliches wie Ihre Gegengewichtslösung wurde hier im wirklichen Leben gemacht: https://en.wikipedia.org/wiki/Falkirk_Wheel

Es ist eine rotierende Struktur, die an jedem ihrer Enden zwei identische Wasserbecken enthält. Wenn ein Boot in einen solchen Pool navigiert, verdrängt es eine Wassermenge, deren Gewicht mit seinem eigenen identisch ist, wodurch der Auftrieb perfekt ausbalanciert wird, ohne dass Berechnungen oder Schätzungen des Schiffsgewichts durchgeführt werden müssen.

Es kann sogar vorkommen, dass ein Boot gleichzeitig auf- und eins herunterfährt.

Es ist kein volles Trockendock erforderlich, was nur wirklich notwendig ist, wenn Sie am Rumpf eines Bootes arbeiten. Wir haben bereits ein System, das Boote manipuliert: Kanäle.

Wenn Sie eine Kanalstruktur haben, bei der die bekannte Grundtiefe es einem Boot ermöglicht, hineinzuschwimmen, und dann eine vordefinierte Wassermenge in die Kanalschleuse "geflutet" wird, können Sie eine vollständige Verdrängung ohne alle Komplikationen eines Trockendocks erreichen. Ein Bonus dieses Systems ist, dass es in den Lift integriert werden kann, sodass Sie den Lift einschalten können, sobald Sie das Gegengewicht berechnet haben.

Viktorianische Ingenieure waren in der Lage , das eingetauchte Volumen eines Rumpfes zu berechnen . Sie taten dies nicht sehr oft, weil es nicht nötig war. So berechnete Froude beispielsweise, wie sich Labortests von Schiffsrümpfen auf das wirkliche Leben übertragen lassen.

Die offensichtliche Antwort ist, das Gewicht jedes gebauten Bootes und das Gewicht der darin enthaltenen Fracht zu kennen, nachdem die gesamte Fracht vor dem Segeln geladen und ausbalanciert werden musste. Ich wette, der Kapitän jedes Schiffes hatte eine ziemlich gute Vorstellung von der Verdrängung seines Schiffes (oder einem anderen Gewichtskonzept, das zur Berechnung der Masse des Schiffes zum Heben verwendet werden könnte), das einfach in einem Schiffslogbuch aufgezeichnet und an die gegeben werden könnte Hafenmeister. Da keine Feingenauigkeit erforderlich ist, würde eine grobe Schätzung ausreichen.

Ich weiß nicht, ob sie zu einer solchen Berechnung fähig wären, aber eine andere Möglichkeit wäre, eine bekannte Kraft auf das Schiff (Masse) anzuwenden und zu beobachten, wie es beschleunigt.

Platzieren Sie das Schiff so, dass ein Turm (in einiger Entfernung) davor (Turm A) und ein weiterer Turm direkt dahinter (Turm B) gebaut werden kann.

Legen Sie eine (schwere) Masse auf die Spitze von Turm A (Masse A)

Legen Sie eine (ebenfalls schwere) Masse auf den Boden von Turm B (Masse B)

Befestige die Masse A mit einem Seil über zwei Rollen an der Vorderseite des wartenden Schiffes: eine oben am Turm, eine unten.

Machen Sie dasselbe für Turm B, aber befestigen Sie das Seil nicht an der Rückseite des Schiffes, sondern lassen Sie einfach jemanden dort, der es auf Befehl am Schiff befestigen kann.

Lassen Sie nun die Masse A fallen. Dadurch wird das Schiff mit einer Kraft beschleunigt$g * m_A - F_F$, über einen Zeitraum$t_A$bis die Masse den Boden erreicht.

Sofort wenn Masse A auf dem Boden auftrifft, geben Sie den Befehl, das andere Seil, das mit Masse B verbunden ist, an der Rückseite des (fahrenden) Schiffes zu befestigen. Dadurch wird das Schiff langsam mit einer Kraft von verzögert$m_B * g + F_F$und Masse B vom Boden abheben, bis nachher$t_B$das Schiff kommt (kurz) zum Stehen, bevor es rückwärts fährt.

Beachten Sie die Höhe$h_B$dass Masse B maximal angehoben wurde. Zusammen mit der Höhe$h_A$welche Masse A ursprünglich über Grund war, daraus kann die Schiffsmasse errechnet werden$m_S$. Beginnen Sie mit den Kräften:

$m_S * a_A = F_A = g * m_A - F_F$

$m_S * a_B = F_B = g * m_B + F_F$

Nehmen wir nun der Einfachheit halber eine konstante Reibung an$F_F$und damit konstante Beschleunigung in beiden Fällen (dies führt jedoch zu vielen Fehlern in der Berechnung).

Zurückgelegte Strecke unter konstanter Beschleunigung ist$x = 1/2 * a * t^2$, daher

$a_A = 2 * h_A / t_A^2$

$a_B = 2 * h_B / t_B^2$

Berechnen Sie diese beiden aus den Messungen.

Nun zurück zu den beiden Gleichungen bezüglich der Kräfte. Lösen eines für$F_F$kommt man an:

$F_F = g * m_A - m_S * a_A$

$m_S * a_B = g * m_B + F_F$

Und somit:

$m_S * a_B = g * m_B + g * m_A - m_S * a_A$

Und weiter:

$m_S = (m_B + m_A) * g / (a_B + a_A)$

Wie Sie vielleicht anhand der Zeichnungen erraten haben, ist dies eine schnelle und schmutzige Skizze, die ich auf meinem Handy mache. Daher könnte alles oben völlig falsch sein.

Es ist zweifelhaft, dass Sie auf einem bestimmten Boot, das durch Ihren Kanal kommt, ein einheitliches Gewicht haben werden. Sogar das gleiche Schiff auf zwei Fahrten hat aufgrund von Fracht, Bilge, Besatzung und vielen anderen Faktoren unterschiedliche Gewichte. Dies lässt Ihnen zwei Möglichkeiten, wenn Sie auf dem Bootslift bestehen: Overengineering oder Wiegen vor dem Heben.

Wiegen

Andere Antworten haben sich mit den Einzelheiten befasst, wie Sie das Gewicht eines Schiffes erhalten würden. Das Problem ist, dass dies Zeit braucht, und je länger Sie brauchen, um ein Schiff durch Ihren Kanal zu bringen, desto weniger Geld verdienen Sie und desto länger dauert es, Dinge zu versenden. Es gibt immer die Option "Gewicht nur auf die Gegengewichtsschaufel legen, bis es funktioniert", aber das verlängert auch die Zeit des Hebens.

Overengineering

Overengineering wird Ihre Baukosten erhöhen, was ein großer Nachteil ist, wenn Sie versuchen, mit Ihrem Kanal Geld zu verdienen. Es hätte auch größere Wartungskosten (da Sie im Allgemeinen einen größeren Apparat haben). Sie haben auch einige große Probleme, wenn während eines Hubs ein Fehler auftritt, was eine weitere Überkonstruktion von Redundanzen oder die Akzeptanz eines bestimmten Risikoniveaus erfordert.

Schlösser

Die Lösung, die ich Ihrem Kanalbesitzer empfehlen würde, besteht darin, einfach eine Schleuse in seinem Kanal zu installieren. Sie werden seit Jahrtausenden verwendet und die Technologie ist nicht so komplex (aber das grundlegende Design kann durch Technologie ständig verbessert werden. Es gibt einen Grund, warum wir sie immer noch bauen). Es umgeht Ihr Gewichtsproblem, weil Sie nur Wasser hineinpumpen müssen und den Auftrieb den Rest erledigen lassen. Es wäre auch schneller als ein Hebesystem, das ein vorheriges Wiegen erfordert (die Trockendockoption erfordert mehr Arbeit als die Schleuse in Bezug auf das Pumpen und ähnlich große Einrichtungen), und es ist einfacher und sicherer als die überarbeitete Lösung.

Selbst wenn Sie ein kompliziertes Pumpensystem haben und irgendeinen Ausfall erleiden, können Sie die Schleuse immer "manuell" bedienen, indem Sie die Tore einzeln öffnen, um die Schleuse zu fluten und zu entleeren. Oder, wenn dies keine Option ist, besteht Ihre Ausfallsicherung darin, die untere Schleuse zu lösen, und Ihre Boote bleiben dann einfach auf dem Kanal der unteren Ebene "stecken", bis sie repariert werden können (was dem "schlimmsten Fall" weit vorzuziehen ist). der Aufzug, der ein auf dem Boden zerschmettertes Boot ist).

Wenn Sie wirklich einen Trockendockheber haben MÜSSEN, dann würde ich eine Lösung empfehlen, die eine Kombination aus einem Testgewicht und dem Betrag verwendet, um den sich die Bootsverdrängung ändert.

Bringen Sie einfach ein festes Gegengewicht am Schiff an, beobachten Sie den Betrag, um den das Boot im Wasser ansteigt, und das Gewicht des Schiffs kann dann geschätzt werden, basierend auf dem Betrag, um den die Wasserverdrängung des Bootes "negiert" wurde.