La velocidad del casco o velocidad de desplazamiento es la velocidad a la que la longitud de onda de la ola de proa de un buque es igual a la longitud de la línea de flotación del buque. A medida que aumenta la velocidad del barco desde el reposo, la longitud de onda de la ola de proa aumenta y, por lo general, también aumenta su dimensión de cresta a valle (altura). Cuando se excede la velocidad del casco, un buque en modo de desplazamiento parecerá estar subiendo por la parte posterior de su ola de proa.
Desde una perspectiva técnica, a la velocidad del casco, las olas de proa y popa interfieren de manera constructiva, creando olas relativamente grandes y, por lo tanto, un valor relativamente alto de resistencia al avance de las olas. La resistencia al avance de un buque con casco de desplazamiento aumenta suavemente con la velocidad a medida que se acerca y se supera la velocidad del casco, a menudo sin una inflexión perceptible a la velocidad del casco.
El concepto de velocidad del casco no se utiliza en la arquitectura naval moderna, donde se consideran más útiles consideraciones como la relación velocidad/longitud o el número de Froude .
A medida que un barco se mueve en el agua, crea ondas estacionarias que se oponen a su movimiento . Este efecto aumenta drásticamente en cascos completamente formados a un número de Froude de aproximadamente 0,35 (que corresponde a una relación velocidad/longitud (ver más abajo para la definición) de ligeramente menos de 1,20 nudo·pie −½ ) debido al rápido aumento de la resistencia del tren de ondas transversales. Cuando el número de Froude crece a ~0,40 (relación velocidad/longitud ~1,35), la resistencia a la formación de olas aumenta aún más a partir del tren de ondas divergentes. Esta tendencia de aumento de la resistencia a la formación de olas continúa hasta un número de Froude de ~0,45 (relación velocidad/longitud ~1,50), y alcanza un máximo en un número de Froude de ~0,50 (relación velocidad/longitud ~1,70).
Este aumento tan brusco de la resistencia en una relación velocidad/longitud de entre 1,3 y 1,5 probablemente parecía insuperable en los primeros barcos de vela y, por lo tanto, se convirtió en una barrera aparente. Esto dio lugar al concepto de velocidad del casco.
La velocidad del casco se puede calcular mediante la siguiente fórmula:
dónde
Si la longitud de la línea de flotación se expresa en metros y la velocidad deseada del casco en nudos, el coeficiente es 2,43 kn·m −½ . La constante puede expresarse como 1,34 a 1,51 knot·ft −½ en unidades imperiales (según la fuente), o 4,50 a 5,07 km·h −1 ·m −½ en unidades métricas, o 1,25 a 1,41 m·s −1 ·m −½ en unidades del SI.
La relación entre la velocidad y la longitud se denomina a menudo "relación velocidad/longitud", aunque es una relación entre la velocidad y la raíz cuadrada de la longitud.
Dado que la velocidad del casco está relacionada con la longitud de la embarcación y la longitud de onda de la ola que produce a medida que se mueve a través del agua, existe otra fórmula que llega a los mismos valores para la velocidad del casco en función de la longitud de la línea de flotación.
dónde
Esta ecuación es la misma que se utiliza para calcular la velocidad de las olas de la superficie del agua en aguas profundas. Simplifica drásticamente las unidades de la constante antes del radical en la ecuación empírica, al tiempo que permite comprender mejor los principios en juego.
La resistencia a la formación de olas depende de las proporciones y la forma del casco: muchos diseños de desplazamiento modernos pueden superar la velocidad de su casco incluso sin planear . Estos incluyen cascos con extremos muy finos, cascos largos con una manga relativamente estrecha y diseños que perforan las olas . Estas formas de casco se utilizan comúnmente en canoas , botes de remo de competencia , catamaranes y transbordadores rápidos . Por ejemplo, los kayaks de carreras pueden superar la velocidad del casco en más del 100% incluso aunque no planeen.
Las embarcaciones pesadas con cascos diseñados para planear generalmente no pueden superar la velocidad del casco sin planear.
Las embarcaciones de desplazamiento ultraligeras están diseñadas para planear y así sortear las limitaciones de velocidad del casco.
Los cascos de semidesplazamiento suelen estar en un punto intermedio entre estos dos extremos.
