Il Settecento
Prof. Edoardo Rovida
Il Settecento
• Idee
• Realizzazioni
• Insegnamento
Idee (grandi sviluppi dovuti al metodo sperimentale ed agli strumenti
matematici(analisi infinitesimale))
• Teoria dell’elasticità
• Geometria descrittiva
• Dinamica dei fluidi perfetti
• Dinamica dei fluidi viscosi
• Nascita del metro
Teoria dell’elasticità
• Ad opera di Hooke (1635-1703)e De Saint Venant
• Base del calcolo di resistenza
Bilancia di torsione
• Ideata da Charles Augustin de Coulomb (1736-1806)
• Utilizzata per la misura delle cariche elettriche
Geometria descrittiva
• Ad opera di Monge
• base delle proiezioni ortografiche e, quindi, dei disegni tecnici(mezzo fondamentale di comunicazione fra tecnici)
Monge(dalla “Geometrie descriptive” – 1794)
Copertina del testo di Monge
Monumento a Monge a Baune (F), sua città natale
• 1746-1818• Accompagna
Napoleone nella spedizione in Egitto
• Fondatore dell’Ecole Normale e dell’Ecole Polythechnique
Macchina per coniare monete(uno dei primi disegni che applicano le proiezioni) (vista frontale e
vista laterale di un meccanismo)
Disegno del Settecento(applicazione delle proiezioni
ortografiche/esempio di sezione/particolare ingrandito)
Dinamica dei fluidi perfetti
• Ad opera di D.Bernoulli(1700-1782)(teorema omonimo), D’Alembert, Lagrange, Helmholtz, Kirchoff, Kelvin(1824-1907)(studio delle maree)
D. Bernoulli
• Teorema: nel moto di un fluido in n condotto, dove la velocità aumenta(sezione ristretta) la pressione diminuisce
• Trattato di idrodinamica(pubblicato nel 1738 a S.Pietroburgo, dove era stato invitato da Caterina I di Russia, vedova di Pietro il Grande, per realizzarvi un’Accademia delle Scienze)
Teorema di Bernoulli: perché un aereo si solleva
Dinamica dei fluidi viscosi
• Ad opera di Coulomb(1736-1806), Poisson(1781-1840)
Fisica dei gas
• Fino al ‘700 si parlava di aria, come sinonimo di gas(idrogeno = aria infiammabile, azoto = aria asfissiante, ammoniaca = acqua di lisciva)
• Fine ‘700: si comincia ad usare la parola “gas”
• Antonio Lavoisier(17543-1794): definisce, studia e nomina i gas conosciuti
Nascita del metro
• Fine Settecento: molti sistemi di misura coesistenti e, quindi, necessità di unificazione delle varie unità di misura
• Due astronomi francesi, Jean Baptiste-Joseph Delambre e Pierre-Francois-André Méchain (1792) partono da Parigi per misurare l’arco di meridiano fra Dunkerque e Barcellona
• Obiettivo: fissare la nuova unità di misura(il metro) come un decimilionesimo della distanza Polo Nord- Equatore
Metodo di misura del meridiano terrestre
• Noti i tre angoli ed un lato di un triangolo, sono noti gli altri due lati
• Individuazione di una serie di stazioni sopraelevate(e quindi visibili fra loro) in modo da formare una serie di triangoli
• Misurazione delle distanze angolari fra le varie stazioni e della lunghezza del lato di un triangolo
• Si arriva a conoscere tutti i triangoli e, quindi, la distanza fra la stazione più a nord e quella più a sud del meridiano
Dall’istituzione del metro
• Calibri differenziali
• Sistema di tolleranze
Realizzazioni
• Caratteri generali
• Evoluzione della tecnica
• Nasce l’industria
• Costruzioni
Caratteri generali (si prepara, soprattutto in Inghilterra, il terreno alla
Rivoluzione Industriale)• Nascono nuovi sistemi produttivi, più complessi
ed intrecciati• Ferro e carbone tendono a sostituire legno ed
acqua• Diffusione delle macchine utensili• Aumento della precisione degli strumenti di
misura• Si afferma la macchina a vapore• Accanto alla cultura materiale, acquista
importanza l’organizzazione del lavoro
Evoluzione della tecnica
MaterialiMacchine
motrici
Macchineutilizzatrici
MacchineutensiliMacchine per
miniere
Sistema di fabbrica inglese
• Erede delle tradizioni artigianali basate sulla pratica e sull’abilità personale:
• -pezzi fabbricati uno per uno
• -ricorso continuo alle rilavorazioni
Fabbrica di Watt e Boulton
• Matthew Boulton(1728-1809) fonda a Soho(Birmingham) una fabbrica di monete, bottoni, oggetti metallici:
• -più di 700 operai• -2 ruote idrauliche azionanti diverse macchine:laminatoi,
levigatrici, macine, torni• 1775: si associa con Watt per l’applicazione della macchina a
vapore in sostituzione delle ruote idrauliche (erogazione di potenza costante, indipendentemente dal regime dei corsi
d’acqua)• Fabbrica di Watt e Boulton: normalizzazione, cioè
elaborazione di “norme” o “standard” sulle lavorazioni e sulle misure: importante la collaborazione con Wilkinson (brevetto(1774) di una macchina per alesare i cilindri delle macchine a vapore)
Realizzazione di pezzi meccanici su disegno
• Presa dimensione con un compasso a punte fisse e riporto dimensione su regolo graduato: approssimazione di qualche millimetro, con problemi per la produzione in serie (tempi lunghi per le operazioni, problemi di intercambiabilità, forte dipendenza dall’abilità dell’operatore)
• A.W.Witney(industriale americano) introduce macchine utensili e calibri di riscontro: operazioni velocizzate, maggiore precisione, minore dipendenza dall’abilità dell’operatore)
Costruzioni
• Macchina a vapore• Macchine di sollevamento • Trasporti• Pompe• Cuscinetti a rotolamento• Macchine utensili• Automi • Orologi • Sviluppo dei brevetti• Organizzazione del lavoro
Macchina a vapore
• 1712 Newcomen costruisce la prima macchina a vapore , dopo gli esperimenti seicenteschi
• 1757 Watt la perfeziona
• 1769 Cugnot la monta su un carro “automobile”
Panorama della macchina a vapore in Inghilterra
• Scarsità di legna(molte foreste erano state abbattute per avere combustibile o per costruzioni)
• Necessità di maggiore quantità di energia
• Estrazione il carbon fossile dalle miniere
• Macchina a vapore inizialmente aziona pompe per estrarre acqua dalle miniere
Caratteri della macchina a vapore
• Non è incostante come il vento, né limitata dalle condizioni ambientali come l’acqua
• È mobile, in relazione alla necessità di energia
• Rende possibile l’industrializzazione di zone prive di risorse idrauliche
• Permette la sostituzione degli utensili(azionati a mano) con le macchine(azionate da motori)
Newcomen(1663-1729)
• 1712: realizza la prima macchina a vapore
Macchina per pompaggio acqua(Newcomen 1705)
• FUNZIONE GENERALE: Pompaggio acqua
• PRINCIPIO FUNZIONAMENTO: Far muovere un pistone in un cilindro per mezzo della pressione atmosferica, grazie al vuoto creato sotto di esso dalla
condensazione del vapore
Macchina per pompaggio acqua(Newcomen 1705)
• CORSA ATTIVA: innalzamento del pistone collegato all'estremità
• opposta del bilanciere (5)
• Produzione vapore in caldaia (1)
• Immissione vapore nel cilindro (3) per mezzo di una valvola (2)
• Sollevamento pistone (4), aiutato dal peso del pistone della pompa (6) che scende nel pozzo della miniera
• Pistone, giunto all'estremità superiore, urta contro un arresto che chiude la valvola di immissione del vapore (2) e apre un'altra valvola (8) che spruzza acqua fredda (7) all'interno del cilindro
• vapore condensa rapidamente a causa del raffreddamento
• nel cilindro si produce un vuoto che costringe il pistone (4) a scendere
- A causa della discesa del pistone (4), lo stantuffo (6) sale e, nella sua salita, estrae l'acqua che si è infiltrata nel pozzo
Watt
• 1757 nominato “fabbricante di strumenti di precisione” all’Università di Glasgow
• 1763 incaricato di riparare un modellino della macchina di Newcomen
“mi venne in mente che, se si apriva una comunicazione tra il cilindro contenente vapore e un recipiente dal quale l'aria e altri fluidi fossero stati tolti, allora il vapore, quale fluido elastico, sarebbe penetrato immediatamente nel recipiente vuoto fino a quando non si fosse raggiunto l'equilibrio. Se il recipiente fosse stato tenuto molto freddo con un'iniezione o altro il vapore si sarebbe condensato”
Watt
• 1757 nominato “fabbricante di strumenti di precisione” all’Università di Glasgow
• 1763 incaricato di riparare un modellino della macchina di Newcomen
Watt
“mi venne in mente che, se si apriva una comunicazione tra il cilindro contenente vapore e un recipiente dal quale l'aria e altri fluidi fossero stati tolti, allora il vapore, quale fluido elastico, sarebbe penetrato immediatamente nel recipiente vuoto fino a quando non si fosse raggiunto l'equilibrio. Se il recipiente fosse stato tenuto molto freddo con un'iniezione o altro il vapore si sarebbe condensato”
Watt (1736-1819)
• Introduce la camera di condensazione del vapore separata(si riducono le perdite di vapore dovute al raffreddamente e al riscaldmento alternati del cilindro)
• realizza il pistone a doppio effetto(il vapore agisce alternativamente su una faccia e sull’altra del cilindro) (1782)
Watt
• 1787 regolatore centrifugo, già usato sui mulini a vento, per rendere costante la velocità della macchina
Coinvolgimenti scientifici della macchina a vapore
• Lo sviluppo della macchina a vapore è influenzato da numerose scienze-tecniche: meccanica applicata, calcoli di resistenza, resistenza dei materiali, termodinamica
Alcuni effetti sociali della macchina a vapore
• Consente maggiore produzione di manufatti( maggiori guadagni, maggiori investimenti e, quindi, maggiore occupazione)
• Però in alcuni settori crea disoccupazione(variano le professioni)
• La società da completamente agricola inizia a diventare industriale
• Inizia l’inquinamento atmosferico
Alcuni effetti sociali della macchina a vapore
• L’uomo inizia a produrre con macchine che utilizzano l’energia prodotta da altre macchine
• Attorno alle macchine nascono le fabbriche che tendono a concentrarsi per ridurre i costi: nasce il concetto di “zona industriale”
• Nasce la separazione fra capitale e lavoro: chi ha il capitale compera le macchine e le fa funzionare, senza partecipare direttamente al lavoro
Macchine di sollevamento
• Sistema di sollevamento con carrucole, in una stampa del 1700
Trasporti
• Terrestri
• “Aerei”
Trasporti terrestri
• 1714: propulsione a vela: carro di Du Quet• Metà ‘700: prime applicazioni della rotaia nelle
miniere (già applicata in antico Egitto:piramide di Gesah)
• Velocifero (o celerifero): antenato della bicicletta• Sviluppo nella costruzione di carri e carrozze• “Automobile” di Cugnot
Velocifero(o celerifero)
• Ad opera del conte de Sivrac(1791)
• Struttura rigida che collega le due ruote, senza trasmissione, né direzione
• Movimento con la spinta dei piedi a terra
Berlina di Gala, in Palazzo Farnese, 1750 ca
“Automobile” di Cugnot(1769)
• Motore a vapore applicato ad un carro
• Vmax = 10 km/h
“Automobile” di Cugnot
• Dopo una breve “corsa” finisce contro un muro(mancava di freni e sterzo!)
• Inizia la storia della motorizzazione
• E’ la prima “automobile” in senso etimologico
Trasporti “aerei”
• 1783: Giuseppe, Michele e Stefano Montgolfier si sollevano, primi, da terra con un pallone ad aria calda(mongolfiera)
• 1784 Paolo Andreani, vicino a Milano, compie la prima ascensione in mongolfiera in Italia
1754: Mikhail Lomonosov (Russia Czarist)
-spinto da una molla elicoidale -spinto da una molla elicoidale avvolta su stessa (simile a avvolta su stessa (simile a quella degli orologi). quella degli orologi).
-dato il peso ridotto, ottiene -dato il peso ridotto, ottiene discrete altitudini e buona discrete altitudini e buona autonomia. autonomia. -volo umano ancora lontano: -volo umano ancora lontano:
non ci si era ancora posti il non ci si era ancora posti il problema di decollo e problema di decollo e
atterraggioatterraggio rapporto peso/potenzarapporto peso/potenza
Cuscinetti a rotolamento
• 1710: il fabbricante di un carrozza con cuscinetti a rotolamento sostiene che così i cavalli riescono a compiere un lavoro molto maggiore
• 1794: banderuola montata su rulli su una chiesa in Pennsylvania, funziona ininterrottamente fino al 1909
Macchine utensili(base della meccanizzazione del
lavoro nelle fabbriche dell’Ottocento: aumento precisione e velocità di lavorazione e, quindi, riduzione costi)
• Note da tempo in forma embrionale• 1778: Wilkinson: tornio per filettare• 1794: Maudsley: tornio parallelo a
carrello(tagliente posizionato su un carrello e non più tenuto in mano dal tornitore) , con trasmissione a cono di pulegge
• 1798: prima produzione “in serie”, utilizzando le “maschere di limatura”, che permettono la realizzazione di pezzi limati a mano con caratteristiche praticamente identiche(Eli Whitnay)
Pompe(ideata da Carlo Castelli nel 1785 ca)
• Cilindro chiuso in alto da una calotta sferica
• Manubrio a movimento orizzontale
• Lancia che termina in un ugello
• Tubi che pescano nel serbatoio
• Il manubrio aziona una paratia mobile imperniata verticalmente: essa, con il suo movimento, aspira l’acqua dal serbatoio e la invia verso la lancia nella calotta superiore
Pompe (ca 1782)
• La fune, mossa dalla manovella, attraverso la puleggia, trascina l’acqua che viene centrifugata verso il cucchiaio e si raccoglie nel recipiente
Pompa(Jeremiah Sisson (1758 ca.))
• Il manovellismo aziona il pistone.
• Quando questo sale, l’acqua viene aspirata mediante apertura di una valvola sul fondo
• Quando esso scende, la valvola si chiude ed una seconda valvola, al centro del pistone, si
apre facendo passare l’acqua sopra di esso
Automi (Jacques de Vaucanson(1709-1782))
• Costruisce automi che tendono a riprodurre alcune funzioni umane
• raggiunge un grande livello di complessità e di spettacolarità
Orologi e strumenti scientifici
• Si abbandona la gnomonica(costruzione degli orologi solari)
• si diffondono gli orologi a pendolo
• nascono gli orologi da tasca
Orologi
• George Graham: errore di un secondo al giorno e compensazione dilatazione termica – 1721
• John Harrison: riduzione dell’attrito – prima del 1761
Strumenti da disegno
• Compasso geometrico realizzato da Butterfield, meccanico di origine tedesca , ingegnere di Luigi XIV e morto nel 1724
Strumenti da disegno
• Completo da disegno• Firmato da Jo
Anningson• Costituito da
cucchiaino, matita e “blocco” per note, costituito da sottilissimi fogli di avorio
Sviluppo dei brevetti
• Il brevetto elimina quasi completamente l’invenzione anonima
• Per ogni invenzione, viene redatta una relazione scritta che costituisce un patrimonio documentativo molto importante sull’innovazione
Organizzazione del lavoro
• Si accentuano gli aspetti non tecnici dell’ingegnere, che diventa anche organizzatore del lavoro
• Responsabilità organizzativa: distingue l’ingegnere dal semplice “meccanico”
• Fine ‘700: vapore ed acqua sostituiscono, ma non completamente, uomo ed animali
• Energia muscolare sempre importante
Energia muscolare
• Coulomb: studi sulle capacità di lavoro dell’uomo (1778, all’Accademia delle Scienze: Risultati di varie esperienze destinate a determinare la quantità di azione che gli uomini possono fornire tramite il loro lavoro giornaliero, a seconda dei diversi modi di impiegare le loro forze
• D.Bernoulli(1700-1782): studio della forza umana come fonte di energia, per supplire alla mancanza di vento con le navi
Materiali
• 1746: Margrraf ricava l’alluminio allo stato puro
• 1751: A.Cronstedt isola il nickel
• 1765: C.W.Scheel individua il tungstato di Ca (scheelite)
• 1791: Gregor trova, in una sabbia, l’ossido di un elemento sconosciuto, il titanio
Insegnamento
• Fino al XVII secolo: la meccanica è negli schemi di filosofia naturale, nei corsi di proparazione al titolo di “magister artium”
• XVIII secolo: nascono scuole specifiche
• La “Scuole Palatine”
• Nasce l’enciclopedismo
Scuole tecniche
• 1747 Parigi: Ecole des Ponts et Chausséès(prima scuola moderna di Ingegneria civile: inizio della professionalizzzazione e separazione fra formazione tecnica ed umanistica)
• 1757 Modena: Accademia di Architettura Militare(chiusa dagli Austriaci nel 1814)
• 1765 Bergakademie di Friburgo• 1783 Ecole des Mines • 1794 Ecole centrale des travaux publics• Ecole Polytechnicque • 1811 Napoli: Scuola di ponti e strade• 1817 Roma: Scuola per ingegneri
Scuole Palatine
• Accademia milanese che nel 1773 riceve un nuovo assetto, arrivando ad avere 14 cattedre, fra le quali meccanica, idrostatica, idraulica; ad essa è annesso il primo laboratorio milanese di fisica, poi trasportato a Brera
Nasce l’enciclopedismo
• Sistematicizzazione del sapere secondo un metodo unitario, in base all’ipotesi dell’unità reale del pensiero(riunione di tutte le conoscenza in un’unica opera)
• In forma embrionale: Etimologia (o Origines)di Isidoro di Siviglia(560-636 d.C,), Tesoro di Brunetto Latini(1220-1294)
• In forma moderna(XVIII secolo)
Enciclopedismo moderno
• 1726 Societè des Arts(per confrontare esperienze diverse, integrando le “arti meccaniche” con la scienza
• 1735: Jean Gaffin Gallon “Machines et inventions aprouvès per l’Academie Royale de Science…”(descrizione di macchine in 7 volumi)
• 1771-1772 Encyclopédie di Diderot e d’Alembert
Encyclopédie di Diderot e d’Alembert(realizzata insieme a 21 collaboratori, i più bei nomi della cultura
dell’epoca)
• Dictionnaire raisonneè des sciences, des arts e des metiers
• Descrizione in ordine alfabetico
• Capostipite delle enciclopedie moderne