Statical Stability

Berat (weight) adalah gaya tarik bumi pada suatu benda. Artinya, setiap benda punya berat karena bumi menariknya ke bawah.

Arah gaya berat selalu vertikal ke bawah, yaitu menuju pusat bumi. Tidak peduli posisi benda di kapal miring, di atas geladak, atau di udara—arah berat tetap turun lurus ke bawah. Contoh agar lebih mudah dipahami

• Ketika Anda memegang ember, tangan terasa tertarik ke bawah. Itulah berat, gaya gravitasi bumi.

• Jika kapal miring ke kiri atau kanan, berat awak kapal, muatan, dan peralatan tetap mengarah lurus ke bawah, bukan mengikuti kemiringan kapal.

Total berat sebuah kapal—termasuk berat kapal itu sendiri, bahan bakar, air tawar, kru, peralatan, dan muatan—dapat dianggap berkumpul di satu titik. Titik ini disebut pusat gravitasi atau Centre of Gravity (G). Walaupun berat kapal tersebar di seluruh bagian, untuk perhitungan stabilitas kita menganggap semua berat itu bekerja dari satu titik G.

Bayangkan kapal seperti benda besar yang beratnya tidak merata. Agar lebih mudah menghitung keseimbangan dan stabilitas, kita menyederhanakannya dengan menganggap:

• Semua berat kapal “dikumpulkan” ke satu titik
• Titik itu disebut G (Centre of Gravity)
• Adalah tempat semua gaya berat dianggap bekerja ke bawah

Contoh;

• Jika muatan dipindahkan ke atas, maka titik G “naik”.
• Jika muatan dipindahkan ke bawah, titik G “turun”.
• Perubahan posisi G ini mempengaruhi stabilitas kapal.

Centre of Buoyancy (B) adalah titik pusat dari bagian kapal yang berada di bawah permukaan air dengan kata lain:

• B adalah titik tengah dari volume kapal yang terendam air.
• Di titik inilah gaya apung dianggap bekerja ke atas.

Ketika kapal mengapung, sebagian lambung berada di bawah air. Bagian inilah yang menahan kapal agar tidak tenggelam. Semua volume terendam itu memiliki satu titik pusat. Itulah centre of buoyancy (B), contoh;

• Jika kapal miring ke kanan, maka bentuk volume terendam berubah. Akibatnya, B bergeser ke sisi yang lebih dalam.

• Jika draft bertambah (kapal lebih tenggelam), posisi B akan naik karena volume yang terendam lebih besar.

Gaya apung (buoyancy) selalu bekerja ke atas secara vertikal, artinya:

• Air mendorong kapal ke atas
• Dorongan ini selalu lurus ke atas, tidak miring atau ke samping

Ketika sebuah kapal berada di air, air memberikan dorongan ke atas agar kapal tidak tenggelam. Dorongan ini berasal dari centre of buoyancy (B) titik pusat dari bagian kapal yang terendam. Tidak peduli kapal sedang miring, bergoyang, atau trim depan-belakang, arah gaya apung tetap ke atas, contoh;

• Saat kapal miring ke kiri, gaya apung tetap ke atas, tetapi titik B bergeser.
• Saat kapal trim ke depan, dorongan air tetap vertikal ke atas.

Walaupun gaya apung berasal dari seluruh permukaan kapal yang terendam air, dalam perhitungan stabilitas kita menyederhanakannya menjadi:

• Satu gaya apung total
• Gaya ini dianggap bekerja dari satu titik, yaitu Centre of Buoyancy (B)
• Dan arahnya selalu vertikal ke atas

Bagian bawah kapal yang terendam air menerima banyak dorongan kecil dari air. Tetapi untuk memudahkan perhitungan:

• Semua dorongan kecil itu dikumpulkan menjadi satu gaya besar
• Gaya besar ini disebut total buoyancy force
• Dan titik tempat gaya itu bekerja adalah B

Jadi, kita tidak menghitung dorongan air satu per satu, cukup anggap semuanya bekerja dari centre of buoyancy, contoh;

• Saat kapal miring, bentuk volume terendam berubah.
• B bergeser, sehingga arah dan posisi gaya apung pun berpindah dari titik B yang baru.
• Tetapi tetap saja, kita hanya menganggap satu gaya apung total bekerja dari B.

Ketika bentuk bagian kapal yang terendam air berubah, maka posisi Centre of Buoyancy (B) juga ikut berubah. B berubah karena titik B selalu berada di tengah-tengah volume yang terendam. Jadi kalau bentuk volume terendam berubah, titik tengahnya ikut pindah.

Centre of Buoyancy (B) bukan titik tetap. Ia selalu menyesuaikan bentuk bagian kapal yang berada di bawah air. Jika bentuk volume terendam berubah karena kapal:

• miring,
• trim ke depan atau ke belakang,
• tenggelam lebih dalam (draft bertambah),

maka B akan bergerak ke posisi baru, mengikuti pusat volume yang terendam, contoh;

• Saat kapal miring ke kanan, bagian kanan lebih dalam, sehingga B bergeser ke kanan.
• Saat kapal trim ke depan, bagian haluan lebih tenggelam, sehingga B bergeser ke depan.
• Saat muatan ditambah, kapal tenggelam lebih dalam dan B naik karena volume terendam lebih besar.

Posisi Centre of Buoyancy (B) akan berubah ketika:

• Draft kapal berubah, dan
• Kapal miring (heeling).

Ini terjadi karena B selalu berada di titik pusat dari volume kapal yang terendam air. Kalau volume terendam berubah bentuk atau kedalaman, B juga ikut pindah.

1. Draft berubah → B berubah

Saat kapal naik atau turun di air:

• Jika draft bertambah (kapal lebih tenggelam), volume terendam bertambah dan B bergerak naik.
• Jika draft berkurang, volume terendam berkurang dan B turun.

2. Kapal miring (heeling) → B bergeser

Ketika kapal miring ke kanan atau kiri, bentuk volume terendam berubah tidak seimbang:

• Bagian yang lebih dalam menerima dorongan air lebih besar
• Sehingga B bergeser ke sisi yang miring

Contoh;

• Kapal miring ke kanan → B bergeser ke kanan
• Kapal tenggelam lebih dalam → B naik
• Kapal miring dan tenggelam lebih dalam pada saat bersamaan → B bergerak sesuai kombinasi perubahan tersebut

Pada diagram penampang melintang kapal yang berdiri tegak (upright), kita memberi label untuk menunjukkan dua hal penting:

• Gaya berat (Weight) bekerja dari Centre of Gravity (G) arahnya vertikal ke bawah
• Gaya apung (Buoyancy Force) bekerja dari Centre of Buoyancy (B) arahnya vertikal ke atas

Jika Anda melihat gambar penampang tengah kapal:

1. Titik G (Centre of Gravity)

• Diletakkan di dalam badan kapal, biasanya di dekat tengah-tengah tinggi kapal.
• Dari titik G, digambar panah ke bawah dan diberi label “Weight – acts vertically downwards from G”

2. Titik B (Centre of Buoyancy)

• Diletakkan di tengah-tengah bagian kapal yang terendam air.
• Dari titik B, digambar panah ke atas dan diberi label “Buoyancy – acts vertically upwards from B”

3. Garis Air (Waterline)

• Ditambahkan sebagai referensi, untuk menunjukkan bagian kapal yang terendam. Gaya apung (buoyancy force) besarnya sama dengan berat kapal, artinya:
• Air mendorong kapal ke atas dengan kekuatan yang sama seperti berat kapal yang menarik ke bawah.
• Karena kedua gaya itu sama besar, kapal bisa mengapung dan tidak tenggelam.

Cara mudah memahaminya;

• Kapal punya berat → menarik ke bawah.
• Air memberi dorongan → mendorong ke atas.

Untuk kapal dapat mengapung stabil, kedua gaya ini harus seimbang:

Buoyancy = Weight

• Jika gaya apung lebih kecil dari berat → kapal tenggelam.
• Jika gaya apung sama dengan berat → kapal tetap mengapung di permukaan.

Contoh;

• Saat muatan ditambah, berat kapal naik → kapal tenggelam sedikit lebih dalam sampai gaya apung yang baru menjadi sama dengan berat baru kapal.
• Ketika muatan dikurangi, kapal naik ke permukaan sampai keseimbangan tercapai lagi.

Ketika kapal miring sedikit, kita menggambar dan memberi label dua gaya utama pada diagram:

• Gaya berat (Weight) 
• Bekerja dari Centre of Gravity (G) 
• Arah gaya selalu vertikal ke bawah, walaupun kapal miring

• Gaya apung (Buoyancy Force) 
• Bekerja dari Centre of Buoyancy (B) 
• Arah gaya selalu vertikal ke atas 
• Posisi B bergeser ke sisi yang lebih dalam karena bentuk volume terendam berubah saat kapal miring

Pada gambar penampang melintang kapal yang miring sedikit:

1. Titik G (Centre of Gravity) 

• Tetap berada di posisi yang sama di dalam kapal 
• Dari G, digambar panah lurus ke bawah 
• Diberi label “Weight – acts vertically downwards from G”

2. Titik B (Centre of Buoyancy) 

• Tidak lagi tepat di tengah 
• B bergeser ke sisi yang lebih tenggelam akibat kemiringan 
• Dari titik B, digambar panah lurus ke atas 
• Diberi label “Buoyancy – acts vertically upwards from B”

3. Garis air miring (Heeled Waterline) 

• Garis air digambar miring mengikuti kemiringan kapal 
• Menunjukkan bahwa volume terendam berubah bentuk

Stabilitas kapal adalah kemampuan kapal untuk kembali tegak setelah miring (heeled) karena pengaruh gaya dari luar. Jika kapal didorong oleh angin, gelombang, atau beban yang tiba-tiba bergeser sehingga kapal miring, maka kapal yang stabil akan secara otomatis berusaha kembali ke posisi tegak.

• Kapal miring karena ada gaya dari luar (angin, ombak, arus).
• Setelah gaya itu hilang, jika kapal bisa kembali tegak sendiri, berarti kapal stabil.
• Jika kapal sulit kembali tegak atau justru bertambah miring, maka stabilitasnya kurang.

Contoh;

• Ombak besar mendorong kapal hingga miring ke kiri. Ketika ombak lewat, kapal perlahan bangkit kembali ke posisi semula → stabil.
• Muatan bergeser ke satu sisi dan kapal tidak bisa kembali tegak → stabilitas buruk.

GZ adalah jarak horizontal antara:

• Gaya berat yang bekerja melalui G (Centre of Gravity), dan
• Gaya apung yang bekerja melalui B (Centre of Buoyancy).

GZ inilah yang membantu kapal tegak kembali saat miring.

Ketika kapal miring:

• Titik G tetap di tempatnya
• Titik B bergeser ke sisi yang lebih tenggelam
• Karena itu, garis gaya berat (ke bawah) dan garis gaya apung (ke atas) tidak lagi berada pada satu garis
• Terbentuk jarak mendatar (horizontal) antara kedua garis ini
• Jarak mendatar itu disebut GZ

Semakin besar GZ, semakin kuat kemampuan kapal untuk kembali tegak.

Ketika kapal miring, gaya berat dan gaya apung tidak lagi berada pada satu garis. Karena itu, kedua gaya ini membentuk “couple” yaitu pasangan dua gaya yang:

• besarnya sama,
• arahnya berlawanan,
• bekerja pada dua titik yang berbeda.

Pasangan gaya inilah yang menciptakan momen pemulih (righting moment) yang membantu kapal kembali tegak.

Saat kapal miring:

• Gaya berat bekerja dari G, ke bawah.
• Gaya apung bekerja dari B, ke atas (dan B bergeser ke sisi yang lebih tenggelam).
• Karena kedua gaya itu vertikal dan berlawanan arah, tetapi tidak pada satu garis vertikal, maka keduanya membentuk pasangan gaya (couple).

Pasangan gaya ini menghasilkan putaran yang mengembalikan kapal ke posisi tegak.

Besarnya momen penegak (couple) yang berfungsi mengembalikan kapal ke posisi tegak dapat dihitung dengan rumus:

Couple = Displacement × GZ atau Momen Pemulih = ∆ × GZ

• Displacement (∆) = berat total kapal
• GZ = jarak horizontal antara gaya berat dan gaya apung saat kapal miring

Untuk mengetahui seberapa kuat kapal bisa kembali tegak setelah miring, kita kalikan:

• Berat kapal (displacement)
• Jarak gaya berat dan gaya apung secara horizontal (GZ)

Semakin besar salah satu dari dua nilai ini, semakin besar juga momen penegak yang mendorong kapal kembali ke posisi tegak.

Stabilitas kapal dipengaruhi oleh dua hal utama:

• Displacement (berat kapal)
• GZ (jarak horizontal antara gaya berat dan gaya apung saat kapal miring)

Jika salah satu dari keduanya berubah, stabilitas kapal juga berubah.

1. Pengaruh Displacement terhadap Stabilitas

a. Displacement lebih besar → stabilitas cenderung lebih kuat. Kapal yang lebih berat membutuhkan gaya yang lebih besar untuk membuatnya miring. Karena itu, secara umum:

• Kapal berat lebih sulit miring,
• Dan lebih mudah kembali tegak.

b. Displacement lebih kecil → stabilitas berkurang. Kapal ringan lebih mudah miring karena:

• Massanya kecil,
• Momen pemulih yang dihasilkan juga lebih kecil.

2. Pengaruh GZ terhadap Stabilitas

a. GZ besar → stabilitas kuat. Jika GZ besar:

• Jarak antara gaya berat dan gaya apung besar
• Momen pemulih besar
• Kapal cepat kembali tegak setelah miring

Kapal terasa “keras” (stiff ship) cepat goyang tetapi cepat kembali tegak.

b. GZ kecil → stabilitas lemah. Jika GZ kecil:

• Momen pemulih kecil
• Kapal lambat kembali tegak
• Mudah miring dan terasa “lunglai”

Kapal seperti ini disebut “tender ship”.

3. Kombinasi Displacement × GZ

Ingat rumus momen pemulih:

Righting Moment = Displacement × GZ

Artinya:

• Displacement besar + GZ besar → stabilitas sangat kuat
• Displacement kecil + GZ kecil → stabilitas sangat lemah
• Displacement besar + GZ kecil → stabilitas cukup, tapi respons lambat
• Displacement kecil + GZ besar → stabilitas baik, tapi kapal jadi cepat goyang

Dari gambar kapal yang sedang miring, kita dapat melihat tiga hal penting:

• Gaya berat (weight) yang bekerja dari G (Centre of Gravity)
• Gaya apung (buoyancy) yang bekerja dari B (Centre of Buoyancy)
• Lever GZ, yaitu jarak horizontal antara garis gaya berat dan garis gaya apung

Ketiga hal ini membantu menjelaskan bagaimana kapal dapat kembali tegak.

1. Menunjukkan Gaya pada titik G (Weight)

• Titik G berada di dalam kapal, biasanya di tengah-tengah.
• Dari titik G, digambar panah lurus ke bawah.
• Diberi label “Weight – acts vertically downwards from G.”

2. Menunjukkan Gaya pada Titik B (Buoyancy)

• Titik B berada di bagian kapal yang terendam air.
• Ketika kapal miring, B bergeser ke sisi yang lebih tenggelam.
• Dari titik B, digambar panah lurus ke atas.
• Diberi label “Buoyancy – acts vertically upwards from B.”

3. Menunjukkan Lever GZ

• Garis gaya berat dari G dan garis gaya apung dari B tidak sejajar pada satu garis vertikal.
• Jarak mendatar (horizontal) antara kedua garis vertikal itu disebut GZ.
• Pada gambar, GZ ditunjukkan sebagai garis pendek horizontal yang menghubungkan:
• garis gaya berat (vertikal dari G) dan
• garis gaya apung (vertikal dari B)
• Diberi label “GZ – horizontal lever between G and B”

Panjang GZ akan berubah-ubah pada sudut kemiringan (heel) yang berbeda.

• Ketika kapal miring sedikit, nilai GZ tertentu.
• Ketika kapal miring lebih besar, nilai GZ akan berubah bisa bertambah atau berkurang, tergantung bentuk kapal.

Cara mudah memahaminya;

• Saat kapal miring, titik B (centre of buoyancy) bergeser.
• Semakin besar sudut miring, semakin jauh pergeseran B.
• Karena G tetap di tempat, jarak horizontal antara gaya berat dan gaya apung (GZ) ikut berubah.
• Itulah sebabnya GZ tidak selalu sama, tergantung sudut miringnya.

Contoh;

1. Kapal miring 5° → GZ kecil
   Kapal baru mulai miring, pergeseran B masih sedikit.

2. Kapal miring 20° → GZ lebih besar
   Kapal miring lebih banyak, B bergeser lebih jauh, sehingga GZ lebih panjang.

3. Kapal miring sangat besar → GZ bisa mulai mengecil
   Pada sudut tertentu, kemampuan kapal untuk kembali tegak menurun, sehingga GZ kembali mengecil.

Ketika kapal miring, ada dua gaya yang bekerja:

1. Gaya berat (Weight) yang bekerja ke bawah melalui titik G (Centre of Gravity).

2. Gaya apung (Buoyancy) yang bekerja ke atas melalui titik B (Centre of Buoyancy).

Saat kapal miring, posisi gaya apung bergeser sehingga terbentuk jarak mendatar antara gaya berat dan gaya apung. Jarak ini disebut GZ (righting lever).

• Jika GZ menghasilkan gaya balik yang membuat kapal berusaha kembali tegak, maka kapal memiliki righting moment (momen penegak).

• Momen penegak dihitung sebagai: ∆ × GZ

• ∆ (Delta) = berat kapal / displacement
• GZ = lengan penegak (righting lever)

Jika nilai ∆ × GZ menghasilkan momen yang mendorong kapal kembali ke posisi tegak, maka: 

• Kapal dinyatakan stabil.

Semakin besar momen penegak (∆ × GZ), semakin besar kemampuan kapal untuk kembali ke posisi tegak setelah miring.

Referensi;

• STCW Code table A-II/1