Velaschi e le macchine alimentate a pedale.

[..]Carpentiere e meccanico dalle mani callose ed unte (e non per il pane) combinò anche seggiole, cornici «artistiche» per i ritratti de’ nonni e de’ zii, un ingranaggio per gelatiera, una piccola mola da smerigliare e affilare, con pedale[..]

L'introduzione delle macchine a pedale, è stato sicuramente un grande passo avanti dell'applicazione della forza umana nel mondo lavorativo. Sfruttando il principio in maniera molto primitiva del meccanismo biella-manovella, si è pensato come si potessero realizzare macchine che grazie alla forza data da una pedalata, svolgessero determinati lavori più o meno pesanti. Quello della figura sopra è un tornio a pedale, di seguito propongo la smerigliatrice a pedale di cui parla Gadda nel capitolo IV del suo libro:

Ora non vengono utilizzati più meccanismi simili. Si utilizza la smerigliatrice a banco, ad esempio, che garantisce una regolazione della velocità di rotazione (in gergo chiamata RPM), da 0 a 10 000 RPM! 200 volte più "rotante" della smerigliatrice a pedale grazie alla quale per lavorare intorno a 75-80 RPM bisognava essere dei veri e propri ciclisti! Un ritmo medio era quello delle 50 pedalate al minuto, cioè si lavorava sui 50 RPM.

DRIN DRIN

Nella lezione del 31/05 il professor Marchis ci ha mostrato un video di un esploso di un telefono (approfondimento nel blog Il telefono di Giuseppe Pullara)  che si "implode" pezzo per pezzo. Il video è stato molto interessante e all'inizio della ricomposizione del telefono, sulla base è stato fissato un pezzo come questo:

Questo è il campanello elettrico. Fu inventato da Joseph Henry nel 1831. Il funzionamento si basa sul principio di induzione. Infatti la corrente elettrica attraversa la bobina avvolta ad un pezzo ferroso, magnetizzando quest'ultimo. Ciò provoca un attrazione con un secondo pezzo al quale è collegato un puntale che, muovendosi per l'attrazione elettromagnetica appena descritta, andrà ad urtare continuamente le due calotte poste all'estremità, provocando il suono. Se vogliamo il classico suono (quello della campanella della scuola, per intenderci), è necessario che nel dispositivo scorra una corrente alternata che provochi con una certa frequenza il suono. In corrente continua verrà prodotto un solo suono, dovuto alla prima magnetizzazione del campanello, poichè non c'è inversione della corrente e quindi inversione della polarità dei due pezzi ferrosi.

 In un campanello qualsiasi il suono durerà fin quando non si tiene premuto il pulsante. Infatti con questa azione, si chiude il circuito e quindi circola corrente. Nel telefono, (per fortuna), non bisogna premere alcun pulsante per avvisarci della chiamata ma c'è un ricevitore che all'arrivo della chiamata, codificata in bit, sa che deve far circolare corrente nel circuito, producendo quindi il suono.

Cos'è l'air bag e come funziona

L'automobile è la figura dello sviluppo dei mezzi di trasporto  del XIX secolo. Con il migliorare delle tecniche costruttive e del confort, migliora anche la sicurezza. Già guardando un immagine come questa, della casa automobilistica Bugatti :

 si vede ad occhio nudo come viaggiare in auto sia diventato sempre più sicuro. Di certo non parliamo di tempi come 2.5 secondi circa per raggiungere i 100 km/h, ma parliamo di un auto che i 130 km/h li aveva come velocità di punta. Certo che un incidente a velocità intorno ai 100 km/h non è dei più piacevoli da raccontare: se oggi si hanno 9 possiblità su 10 di sopravvivere, nei prima del '900 le possibiltà erano ridotte praticamente a 0.  

Ovviamente il paragone va fatto a parità di velocità e tra i protagonisti di tutto questo miglioramento, c'è un protagonista indiscusso: l'airbag.

Fu inventato da Walter Linderer nel 1951. Il dispositivo consisteva in un cuscino ripiegato all'interno del volante, che in caso di urto veniva gonfiato da una carica di aria compressa. La reazione dell'aria compressa era abbastanza lenta, così si penso di utilizzare dell'esplosivo, che veniva attivato nel momento dell'urto e che era in grado di liberare gas e gonfiare quasi istantaneamente il cuscino. Infatti il tempo di azinamento dell'airbag diventa di 30 millisecondi ad una velocità di 300 km/h. Ovviamente l'airbag fa "rimbalzare" la testa sul cuscino e la spinge all'indietro, perciò è molto importante anche il poggiatesta nei sedili, nonché l'utilizzo della cintura di sicurezza. Con questi accorgimenti ci si salva nel 97% di casi di urto frontale (e/o laterale nel caso in cui l'auto sia dotata di airbag anche laterali). 

Per quanto riguarda il funzionamento possiamo evidenziare alcune componenti fondamentali:

• Sensore
• Centralina elettronica 
• Detonatore

Il sensore è quel componente che avverte la brusca decelerazione, non appena avviene l'impatto. La centralina:

riceve il segnale elettrico del sensore e lo elabora inviando l'impulso elettrico al detonatore che innesca l'esplosivo. Si tratta di azoturo di sodio contenuto di una capsula esplolisva. Non appena arriva l'impulso elettrico una punta, (oppure il semplice passaggio di corrente nella capsula, a seconda del tipo di airbag), fa esplodere la capsula e viene liberato azoto, mentre il sodio (che è estremamente reattivo), viene subito fatto reagire con altri composti al fine di neutralizzarlo. L'azoto liberato è ovviamente gassoso, quindi molecolare e va a gonfiare l'airbag.
(Blog consigliati: History of cars di Alessandro Russo e "Società nell'auto o auto nella società?" di Nicolò Breda).

Chi era Galileo Ferraris?

Era un ingegnere torinese. Dopo essersi laureato diventa assistente di fisica tecnica al Reggio Museo Industriale Italiano, quello che poi diventerà il Politecnico di Torino. In lui si profila da subito uno spirito di invenzione molto forte.
Lui è l'inventore del primo motore motore asincrono che viene erroneamente attribuito a Nikola Tesla nella maggior parte delle volte. Per la parte biografica rimando i più curiosi alla seguente pagina.
Qui vorrei parlare in maniera molto qualitativa, per non appesantire la lettura, il motore asincrono.
È un motore, quindi un meccanismo in grado di produrre, anzi per essere precisi, di trasformare energia elettro-magnetica in energia utilizzabile, meccanica ad esempio.
La struttura base è la seguente:

 La struttra è molto semplice e nonostante ciò, il suo rendimento è abbastanza alto. Nessuna lubrificazione e questo direi che è già u gran vantaggio, dovuto anche al fatto che tra rotore e bobina c'è un piccolo spazio, chiamato traferro, in modo tale che gli organi meccanici non vengano a contatto.  Oltre la struttura, anche il funzionamento è relativamente semplice. C'è un rotore con bobine di rame smaltato in grado di ruotare. Stessa cosa nello statore, in cui il rame è avvolto a dei rettangoli ferrosi di alcune cavità. Si alimenta lo statore con una certa corrente. Il passaggio di questa genera un campo magnetico che per induzione (fenomeno fisico governato dalle due leggi di Faraday) mette in moto il rotore. Un pecca di questa motore è che il suo razionamento ha un costo energetico abbastanza elevato, nel senso che nella fase di accensione possono essere necessarie anche tensioni di 4-5 volte superiori a quella di regime.
La base fisica di funzionamento del motore è la Legge di Lorentz, secondo la quale in un conduttore percorso da corrente si genera una forza proporzionale al campo magnetico e alla corrente che attraversa il conduttore, nel nostro caso la bobina. Galileo Ferraris pensò di applicare il concetto espresso da Lorentz. Questa forza che si genera deve evidentemente essere una coppia di forze, coppia motore in questo caso, che mette in moto l'albero e permette la trasmissione del moto.
Le bobine dello statore sono percorse da una corrente che genera un campo magnetico. Questo campo magnetico investe le bobine del rotore generando una f.e.m. indotta, cioè un passaggio di corrente. Ora le bobine del rotore sono percorse da una certa corrente, ma nel frattempo sono anche "immerse" nel campo magnetico indotto, per cui secondo la legge di Lorentz si deve generare una forza. Infine occore dire che questo motore si chiama asincrono perché la frequenza di rotazione del rotore risulta diversa da quella della corrente alternata che alimenta il motore.
Consiglio una lettura del blog sull' Energia di Marco Parizia.

Coal, Steam and The Industrial Revolution

Blog consigliato: Tecnologia e Industrializzazione di Carmelo Amorosi

La teoria del flogisto

“Se un chiodo abbastanza grande viene infisso con un martello entro una tavola di legno, lo si dovrà colpire molte volte prima che esso divenga 

caldo: ma una volta che sarà entrato del tutto nell’asse lasciando fuori 

solo la testa, così da non poter penetrare ancora più a fondo, pochi colpi saranno sufficienti a dargli un notevole calore. Infatti quando ad ogni colpo del martello il chiodo entra sempre di più nel legno, il moto che viene prodotto è soprattutto progressivo e riguarda il chiodo che tende a muoversi lungo una certa direzione; ma quando il moto è bloccato, 

l’impulso dato dalla martellata, essendo incapace di spingere più avanti il 

chiodo o di frantumarlo, deve essere consumato nel produrre un muoversi vario, veemente e interno delle parti, e in tal modo si genera un moto che già in precedenza osservammo essere della natura del 

calore” .

R.Boyle

Il '600 è un periodo importante dal punto di vista scientifico. E' il secolo di Galileo Galilei e della sua nuova "mentalità": si passa dall'analitico-descrittivo, (che nel video proposto dal professor Vittorio Marchis nel blog History of Machines rappresenta l' atteggiamento del ragazzino che osserva  il movimento delle ali dell'uccello e ne abbozza un disegno per poi realizzare un suo prototipo), ad un metodo ipotetico-deduttivo. Il '600 fu anche il secolo in cui si iniziarono studi scientifici sui fenomeni termici. Tutte le idee teoriche di quel tempo passavano sotto la "Teoria del flogisto". Fu una teoria proposta da un certo Becher che postulava l'esistenza di una sostanza chiamata flogisto, che si liberava sia nella combustione di materiale organico, sia nella semplice esposizione dei materiali all'aria libera (quello che su un metallo chiameremo ossidazione).

Questa teoria si dimostrò poco credibile. In ossidazione un corpo aumenta, anche se di poco, la sua massa. Allora come è possibile che un qualcosa che viene perso da un corpo ne faccia aumentare la massa?? La risposta è: quel qualcosa ha un peso negativo, in questo caso il flogisto ha un peso negativo. Qualcosa di palesemente assurdo. Allora cos'era responsabile dell'ossidazione, se non la fuoriuscita di flogisto? Lavoisier dimostrerà tramite la sua bilancia analitica, che ciò è dovuto all'interazione con l'ossigeno, senza alcuna fuoriuscita. Ma allora cos'era il calore? Su quale teoria bisognava basarsi?  Secondo alcuni il calore era una sostanza, il calorico, secondo altri il calore era una specie di moto, probabilmente una vibrazione. Proprio quest'ultima teoria risulta interessante agli occhi di Boyle, come si può leggere nella prima parte del post, ma non solo: anche Bernoulli favoreggia il calore come "vibrazione"- moto per spiegare la risalita verso l'alto, dei gas a temperatura maggiore.

LA CURIOSITA' DI VELASCHI..

"Nel giovinetto Velaschi si palesò una precoce affezione per le trovate migliori della meccanica e dipoi un cotale studio tutto lo prese."

Franco Velaschi è il giovane personaggio del libro La Meccanica che Gadda ci presenta come grande appassionato di meccanica e delle sue "trovate migliori". Colgo l'occasione di questo passo di lettura per citare Guidobaldo da Montefeltro, (maestro di Galileo Galilei), che potremmo chiamare"l'Euclide della situazione", nel senso che è stato colui che ha scritto un trattato sulla meccanica, che mette in evidenza quali sono le macchine semplici, tramite le quali si può costruire l'universo della tecnologia. Tra queste vengono messe in risalto:

• LA LEVA (semplice asta rigida che ruotando intorno ad un fulcro permette di sollevare un carico con l'impiego di una forza più o meno grande a seconda del braccio di quest'ultima)

• LA RUOTA (oggetto in grado di ruotare attorno ad un asse centrale descrivendo una perfetta circonferenza)

• IL PARANCO (sistema di carrucole che grazie ad una carrucola mobile, permette di sollevare un oggetto con meno forza di quanta ce ne vorrebbe in un sollevamento composto da una sola carrucola)

• IL CUNEO (macchina semplice in cui c'è un bilanciamento su un piano inclinato tra la forza trasversale impressa, ad esempio da un martello, e la forza peso che preme sul piano)

• LA VITE (combinazione cuneo-cilindro ferroso che permette di sollevare un oggetto, o fissarlo ad un altro, tramite semplice rotazione)

UNA VITE INFINITA..

Quello in figura è un meccanismo antico ma affascinante. Risale a più di 2000 anni fa e fu "brevettato" da Archimede.
Con l'unico accorgimento di inclinare  il dispositivo meno dell'angolo di inclinazione dell'elica è possibile sollevare modeste quantità di acqua!
Oggi gli utilizzi della "Vite di Archimede" sono notevoli e a distanza di oltre 2000 anni in una qualunque cantina ci rechiamo troviamo ancora almeno una vite infinita, chiamata in gergo coclea (blog dedicato all'agricoltura di Davide Rossini). Rimando ai più curiosi la visione di un video animato sul funzionamento di questo dispositivo al seguente link: ANIMAZIONE VITE DI ARCHIMEDE.
Di certo non poté mancare la citazione di quest'opera geniale nel De Architectura di Vitruvio il quale esalta Archimede per le sua ingegnosità e per le sue altre intuizioni, come quelle relative all'idrostatica riportate nel passo seguente:

"Archimede ha fatto una quantità di scoperte straordinarie ed eccezionalmente geniali. Fra esse voglio parlare soprattutto di una che porta i segni di una grande intelligenza.
Quando Gerone regnava in Siracusa, per le sue fortunate imprese volle offrire ad un certo santuario una corona d'oro che aveva ammirato. Decise il prezzo dell'opera con un artista, e gli consegnò la quantità di oro necessaria. A suo tempo la corona finita fu consegnata con piena soddisfazione del re, e anche il peso della corona risultò coincidere con quello dell'oro. Più tardi, però, Gerone ebbe motivo di sospettare che l'artista avesse sottratto una parte dell'oro e l'avesse sostituita con ugual peso di argento. Indignato per l'inganno, ma non riuscendo a trovare il modo di dimostrarlo, pregò Archimede di studiare la questione. Un giorno che, tutto preso da questo pensiero, Archimede era entrato in un bagno, si accorse che mano a mano che il suo corpo si immergeva, l'acqua traboccava. Questa osservazione gli diede la soluzione del problema. Si slanciò fuori dal bagno e tutto emozionato si precipitò nudo verso casa, gridando con tutte le forze che aveva trovato quel che cercava : 'Éureka! Éureka!'. 

VITRUVIO, De architectura, 9.