Storia della meccanica I principi prof. Edoardo Rovida

I principi Cos’è la Meccanica Importanza della meccanica Perché la storia della meccanica Evoluzione storica di soluzioni costruttive

Cos’è la meccanica Autore ignoto della Scuola Peripatetica(280 a.C.) Newton(1687) Kirchhoff(1876) Maggi(1896) Mach(1901)

Autore ignoto della Scuola Peripatetica(280 a.C.) Mechanicha Problemata: Mechaniché è la parte della Techné che assiste l’uomo nel produrre effetti per lui vantaggiosi, ma contrari alla natura Ad esempio: la leva consente di sollevare un grande peso con un piccolo sforzo

Newton(1687) La scienza dei moti che risultano da forze qualsiasi e delle forze che sono richieste da ciascun moto

Kirchhoff(1876) Descrizione semplice e completa dei movimenti che avvengono in natura

Gian Antonio Maggi(1896) fisico e matematico(1856-1937) Descrizione del movimento e deduzione del movimento dalle circostanze capaci di determinarlo e dalle circostanze determinatrici di un movimento supposto

Mach (1901) Osserva, in modo più preciso, che tutti i fenomeni appartengono a tutti i rami della Fisica. Ma, se nello studio del movimento, sono trascurabili, ai fini del movimento stesso, le variazioni termiche, elettromagnetiche, chimiche, ecc., si cade nella Meccanica

Importanza della meccanica Meccanica = protagonista della scienza e della tecnica (La storia della meccanica è una delle branche più importanti della storia della scienza L. de Broglie – Premio Nobel 1929 per la Fisica) fra le scienze più antiche e legata ai gesti quotidiani Fino al XVII secolo: si identifica con la Statica nel tempo si integra con elettrotecnica, idraulica, pneumatica, elettronica, informatica

Alcune definizioni Scienza Tecnica Tecnologia

Scienza Lettura del libro della Natura(con Galileo)

Tecnica (in greco technè = arte) Applicazione della scienza alla risoluzione di problemi pratici Insieme delle operazioni che modificano l’ordine naturale delle cose

Tecnologia Armonia fra teoria e pratica che permette all’ingegnere di progettare una struttura o macchina per un dato scopo, senza bisogno di copiare qualche esempio esistente e adattare i suoi progetti a situazioni per cui non vi è alcun esempio disponibile che offra un confronto…[Rankine 1856]

Etica Mentre la scienza è conoscenza, la tecnica(e la tecnologia) aumentano il potere dell’uomo: si richiede, allora, un’etica che indirizzi le azioni

Altre definizioni Scoperta Invenzione Innovazione

Scoperta Prima conoscenza di “qualcosa” che è sempre esistito

Invenzione Introduzione di una tecnica, idea o progetto iniziale In campo meccanico potrebbe sembrare semplice e relativa ad un ambito limitato In realtà, la realizzazione di una macchina, anche se apparentemente semplice, comporta concetti e conoscenze ampie e trasversali Quindi: lo studio di macchine e meccanismi consente di ripercorrere una parte notevole dell’evoluzione del pensiero umano

Innovazione Applicazione di una tecnica o processo che porta a riconoscere le potenzialità di un’invenzione ed a sfruttarla praticamente È il cuore della trasformazione della società attuale, aumentandone la produttività e l’efficienza Nell’antichità il progresso è stato lento anche per la diffidenza verso l’invenzione e, quindi, alla difficoltà di trasformare l’invenzione in innovazione

Perché la storia della meccanica Preziosità Cultura Tecnica Estetica Etica Formazione Didattica Economia

Preziosità I beni culturali, tutti, non sono ripetibili una volta distrutti, restano, al massimo delle…..bellissime riproduzioni

Cultura(1): beni culturali prodotti dalla cultura dell’essere umano(in contrapposizione ai beni naturali) possono essere: Materiali(fisicamente tangibili):macchine, edifici, strumenti Immateriali(fisicamente intangibili(lingue, dialetti, teorie scientifiche) messaggi mandati dagli abitanti del passato a noi che, con una decodifica, ricostruiamo il passato beni culturali scientifico-tecnici= chiave di lettura indispensabile per ricostruire la storia della tecnica, dell’economia, del lavoro….(parti non trascurabili della Storia)

Cultura(2) Unicità della cultura: scienza-tecnica ed umanesimo ne sono due sfaccettature Cultura senza confronto con la scienza: erudizione di altri tempi Formazione scientifica senza i valori umanistici: puro addestramento

Cultura(3) Guardare al passato con attenzione critica e riconoscere nei processi evolutivi la condizione essenziale per una migliore consapevolezza dello stato presente Condizione indispensabile per ogni responsabile progetto del futuro

Cultura(4) Indispensabile, nella costruzione dei “saperi” dell’ingegneria, un ambito culturale “teoria e storia dell’ingegneria” Ingegnere: deve essere un protagonista di questo processo di integrazione delle culture Qui: il tassello “storia della meccanica” Contributo ad “abbattere gli steccati” fra aspetti diversi della cultura, senza però appiattimenti ne nascondendosi le differenze

Mosaici di Piazza Armerina

Mosaici di Piazza Armerina

Carro della Valcamonica(ca 700 a. C Carro della Valcamonica(ca 700 a.C.) (animali da traino, costruzione di carri,…)

Tecnica Esame critico delle soluzioni costruttive del passato: fornisce idee utili anche oggi idee del passato non sviluppate(magari per mancanza di materiali e tecnologie adatte) possono essere riprese oggi esempi(timone di poppa, Cicerone, Leon Battista Alberti, bicicletta di Leonardo, stilografica di Leonardo , Agronomi, Conservatoire di Parigi, disegni di Giuseppe Belli, Luca Beltrami, schizzi di Vincenzo Lancia, Associazione Agronomi)

Timone di poppa(“inventato” dagli Egizi e “riscoperto” nel XIII secolo)

Cicerone (106-43 a.C.) Non conoscere quello che c’è stato prima di noi significa restare sempre bambini

Leon Battista Alberti(1404-1472) …si sono conservati esempi di opere dell’antichità, come teatri e templi, da cui, come da insigni maestri, molto si può apprendere...

Bicicletta di Leonardo(XVI secolo) Leonardo inventa una bicicletta molto simile a quella attuale, con trasmissione a catena la trasmissione a catena, poi dimenticata, viene ripresa solo a fine ‘800

Stilografica di Leonardo (XVI secolo) Un disegno di Leonardo rappresenta una penna molto simile ad una stilografica di oggi Leonardo l’avrebbe anche realizzata(studi calligrafici dimostrerebbero che il tratto è continuo e non con le interruzioni necessarie per intingere il pennino nel calamaio)

Conservatoire di Parigi Il Conservatoire(primo museo scientifico-tecnico moderno - 1794-) era stato proposta da Cartesio(XVII secolo) con l’idea di presentare ai progettisti le evoluzioni della macchine in ordine cronologico, per stimolare la creatività dei progettisti)

Comte(XIX secolo) Per comprendere a fondo l’essenza di una scienza, è necessario conoscerne la storia

Generatore elettrostatico “ad attuazione” di Belli(1831)(anticipazione del “metodo delle freccie” – individuazione dei materiali in sezione)

Apparecchio per esperienze sull’elettricità voltiana di Belli(1840)(anticipazione del “metodo delle freccie – indicazione dei materiali in sezione)

Duplicatore di Belli(1838) (anticipazione del “metodo delle freccie”)

Macchina pneumatica di Belli(1827) (anticipazione della rappresentazione schematica)

Scaricatore doppio di Belli ed elettroscopio di Bohnenberger (1838) (commistione di proiezioni ortografiche ed assonometriche)

Strumento progettato da Belli(1842)(approccio alla schematizzazione)

Disegni di fisica di Belli(1838)(spigoli nascosti indicati con linee a tratti; indicazione dei materiali in sezione)

Luca Beltrami [Per la difesa dei nostri monumenti 1902] Facciamo un poco di economia nei richiami retorici alla grandezza della Patria, alle sue memorie, al suo passato; non risparmiamo, invece, le nostre cure, le nostre forze per custodire e trasmettere gelosamente i testimoni della nostra grandezza

Proverbio portoghese Un Paese, come una pianta, diventa grande se sa proteggere e conservare le proprie radici

Sospensioni di Vincenzo Lancia (ca 1920) anticipano soluzioni di 20 anni dopo

Brevetto Fiat(1926) (anticipa la sospensione McPherson degli anni ’50)

Brevetto tedesco(1940)(sistema meccanico di variazione di altezza da terra del corpo vettura)

Brevetto tedesco(1943) (sospensione pneumatica)

Carrozzella per disabili Stephen Farfler (1655), inventò la prima sedia a rotelle direttamente azionata dall’invalido , utilizzando un sistema ad ingranaggi applicato alla ruota anteriore e azionato da due manovelle.

Carrozzella per disabili Il sistema di autopropulsione viene “dimenticato” e ripreso solo con l’introduzione degli anelli di spinta (1881)

Dalla Associazione degli Agronomi Progetto senza memoria è utopia, memoria senza progetto è sentimento nostalgico, memoria e progetto senza aderenza alla realtà presente è astrazione ed elucubrazione mentale

Estetica Molte soluzioni costruttive del passato sono di grande bellezza Ancora oggi ne è interessante e piacevole l’osservazione

Estetica: scatola di compassi(XIX secolo)

Estetica: completo da disegnatore (XIX secolo)

Etica Dalle soluzioni costruttive del passato: professionalità, abilità, deontologia

Etica (compasso di proporzionalità(XVIII secolo) eseguito da Butterfield, ingegnere di Luigi XIV

Formazione(1) Dalla storia: apprezzamento lati positivi dello sviluppo, valutazione del lavoro che c’è sotto ogni realizzazione, che oggi può sembrare “banale”, valutazione corretta dello sviluppo di oggi, che sarà rapidamente superato

Formazione(2) Opportunità di insegnare la storia(bene i corsi di cultura da 2.5 CFU al Politecnico di Milano) Esperienza anche all’Università di Firenze con il corso “Storia dell’Ingegneria”: più generale , basato su cicli di conferenza a tema specifico relativo a tutta l’ingegneria

Formazione(3) Vincenzo Monti “Al Signor di Montgolfier” afferma che all’umanità, dopo essere riuscita a “volare”, non rimane che… sedere a tavola con Giove e bere con lui il nettare dell’immortalità(siamo in epoca neoclassica): una considerazione critica della storia gli avrebbe evitato questa ingenuità

Formazione(4) Scienza e tecnica(che hanno un ruolo dominante nella realtà quotidiana) hanno di fatto un peso culturale modesto. 1907: rivista Scientia: tentativo di unificare il sapere La “vera” cultura è considerata, di fatto, quella umanistica(primato dell’umanesimo affermato soprattutto dalla riforma Gentile(1923)). La cultura scientifico-tecnica è spesso percepita solo come la base per risolvere problemi pratici Gli scienziati, poi, non sempre sanno comunicare in modo sufficientemente valido

Formazione(5) Molti dichiarano, quasi con civetteria, di non avere mai capito il teorema di Pitagora, ma non direbbero mai di non conoscere Dante! Chiedendo a molti due grandi nomi della cultura italiana del Novecento, è più facile sentirsi rispondere Croce e Quasimodo, piuttosto che Enriques e Natta

Formazione(6) Scienza e tecnica svolgono un ruolo fondamentale nella vita di oggi(anche per gli umanisti!) però hanno un peso culturale modesto, sono considerate di importanza fondamentalmente pratica Disinformazione scientifico-tecnica: fonte di molti problemi e di molti incidenti

Formazione(6) Cultura senza scienza: erudizione di altri tempi Formazione scientifica senza base umanistica: puro addestramento

Didattica Soluzioni costruttive del passato: molto semplici permettono di scoprire immediatamente i principi

Economia Bene culturale = bene economico(merce di scambio, turismo, creazione di nuove professionalità)

Come fare la storia della meccanica Conservazione Utilizzo

Strumenti della conservazione Musei(oggetti) Biblioteche(documenti) Archivi(documenti)

Musei Artistici Archeologici Storici Naturalistici Scientifico-tecnici Demoantrropologici

Classificazione dei musei scientifico-tecnici e demoantropologici Tradizionali Tradizionali rinnovati Specializzati Diffusi Per bambini Universitari Aziendali

Storia dei musei scientifico-tecnici Evo antico Rinascimento Seicento Settecento Ottocento Novecento

Evo antico Concezione originaria del museo Tolomeo II Filodelfo Vitruvio

Concezione originaria di museo Casa delle Muse(raccolta di opere d’arte e strumenti, allo scopo di conservare la tradizione)

Vitruvio(1° secolo a.C.) Riconosce che, oltre ai valori dello spirito, ci sono valori tecnico-scientifici di pari dignità

Tolomeo II Filodelfo(3° secolo a.C.) Ad Alessandria d’Egitto istituisce il Mouseion (insieme di biblioteche e di collezioni di strumenti a disposizione degli studiosi)

Rinascimento Wunderkammer(collezioni di proprietà di principi e di eruditi, comprendenti naturalia(animali, minerali, fossili) ed artificialia(macchine, strumenti))

Seicento Wunderkammer milanese di Manfredo Settala(figlio di Lodovico, protofisico della peste manzoniana ed ispiratore della figura di don Ferrante): 1751 passa all’Ambrosiana e 1943 quasi completamente distrutta dai bombardamenti

Unico pezzo rimasto della Wunderkammer di Manfredo Settala

Settecento Il Conservatoire(primo museo scientifico-tecnico moderno - 1794-) era stato proposto da Cartesio(XVII secolo) con l’idea di presentare ai progettisti le evoluzioni della macchine in ordine cronologico, per stimolare la creatività dei progettisti) Cartesio, con i mezzi di cui disponeva, realizza una “banca-dati”

Ottocento Nascono alcuni grandi musei scientifico-tecnici(spesso sotto la spinta traente delle Esposizioni Universali): 1851 Science Museum di Londra, 1873 Technisches Museum di Vienna

Novecento: prima metà 1903: Deutsches Museum di Monaco 1953: Museo Nazionale della Scienza e della Tecnica(ora Tecnologia) di Milano (si inaugura con una grande Mostra Leonardesca, per il 500° anniversario della nascita di Leonardo)

Novecento: anni ‘70 Nascono molti nuovi musei, soprattutto specialistici Nascono i musei demoantropologici(agricoltura, arti, mestieri) Si accentua il rapporto attivo con il visitatore Nascono gli Science Center(introduzione di massa alla scienza; spettacolarità a volte eccessiva)

Novecento: anni ’80-’90 Sviluppo( a volte eccessivo) della multimedialità Nascono i parchi tecnologici(insediamenti concentrati di università, musei, centri di ricerca) Nasce il museo diffuso(sistema integrato di musei specializzati e coordinati) Nasce l’ecomuseo, o museo all’aperto(installazioni che ricostruiscono o salvaguardano un ambiente, o una porzione di territorio)

Importanza dei musei scientifico-tecnici Fanno formazione tecnica attraverso alla conservazione Formazione tecnica: importantissimi non solo per tecnici(è ovvio!), ma anche per non tecnici(che sono utenti dei prodotti tecnici e, quindi, devono avere competenze tecniche per un uso corretto)

Evoluzione storica di soluzioni costruttive Concetto generale Definizione Importanza Procedura di realizzazione

Concetto generale Evoluzione : concetto positivo, con connotazione di miglioramento: il “dopo” è meglio del “prima”? SI per la tecnologia (l’operare è immerso nel tempo ed utilizza gli strumenti offerti dal tempo) NO per il pensiero che non scorre su binari temporali (il pensiero è essenzialmente atemporale)

Definizione Raccolta di di soluzioni costruttive significative in ordine storico ed in relazione a: Esigenze funzionali Tecnologie e materiali disponibili Eventi storico-culturali

Importanza dell’evoluzione storica di soluzioni costruttive Raccolta di esempi significativi Collegati da un data-base Base per la progettazione moderna

Schema logico generale di costituzione

Passi della realizzazione Delimitazione ambito Ricerca fonti Raccolta casi Acquisizione Restauro informatico Realizzazione banca-dati Collegamento immagine-banca dati Organizzazione

Delimitazione ambito Soluzione costruttiva Costruttore Arco di tempo Paese Connotazioni costruttive

Ricerca fonti Musei(generali, specialistici, aziendali) Archivi Biblioteche

Raccolta casi Musei oggetti fotografia immagini Archivi immagini Biblioteche immagini

Acquisizione Scansione Problema: le grandi dimensioni di certi disegni

Restauro informatico Molti disegni originali sono danneggiati(pieghe, umidità, macchie, stazionamento in officina) Restauro informatico(può essere necessario)

Realizzazione banca dati Dati generali Dati dell’immagine(formali) Dati dell’oggetto(contenuti)

Dati generali Soluzione costruttive Costruttore Modello Paese Anno

Dati dell’immagine Disegno/fotografia Disegno a mano/CAD Disegno a mano: matita/penna Disegno in b/n /colori Disegno in proiezioni ortografiche/assonometriche/prospettiche

Dati dell’oggetto Funzione generale Principi/soluzioni costruttive della funzione generale Funzioni componenti Principi/soluzioni costruttive delle funzioni componenti

Collegamento immagine/data-base A ciascuna immagine deve essere collegato il proprio data-base Ogni voce deve essere una chiave d’accesso

Applicazione: Il progetto e la memoria Archivio di 500 esempi costruttivi di sospensioni (da fine ‘800 al 2002) Immagini associate ad data base(immagine + contenuto) http://ddg.mecc.polimi.it

Scheda data immagine(esempio)

Dati scheda sospensioni

Scheda sospensioni(esempio)

Dalla storia, l’innovazione Funzione Analisi dell’archivio Elaborazione critica Soluzione costruttiva finale

Criteri di elaborazione critica per trarre l’innovazione dagli archivi storici Astrazione Valutazione

Astrazione Specific problem Specific solution General principle Historical specific solution General principle Historical archive

Funzione Sospensione con variazione dell’altezza da terra ottenuta con un dispositivo semplicemente meccanica Ispirazione da un esempio storico

Posizione generale problema(astrazione) Funzione: variazione altezza da terra Principio: variazione punto di appoggio della molla al telaio

Astrazione: spostamento del punto di vincolo della molla al telaio

Posizione specifica problema Funzione: sospensione a barre di torsione con possibilità di variare l’altezza da terra Principio: rotazione sezione di incastro della barra di torsione

Esplorazione dell’archivio Fissata una soluzione costruttiva(barre di torsione) Sezione dell’archivio con un piano SC= barre di torsione Esame soluzioni trovate Come realizzano(o possono realizzare la variazione di altezza ?)

Citroen(1937)

Maserati(1938)

Hanomag(1939)

Brevetto Porsche(1940)

Lagonda(1946)

Mathis(1946)

BMW(1951)

Chrylser(1957)

Plymouth(1957)

Fiat(1959)

Jaguar(1961)

Renault(1961)

Auto Union (1967)

Simca(1968)

Alfa Romeo(1972)

Lotus(1973)

Simca(1975)

Alfa Romeo(1983)

Soluzione innovativa(1)

Soluzione innovativa(2) Concetto generale: variazione punto di appoggio della molla al telaio Attuazione con molla di altro genere

Valutazione Vedere come le soluzioni dell’archivio “percorrono” il ciclo di vita del prodotto

Dalla soluzione storica “migliore”, elaborazione critica(sospensione posteriore moto)

Evoluzione storica di soluzioni costruttive

Approccio all’”indice” della storia della bicicletta

Approccio all’”indice” della storia della pompa

Temi possibili Valvole, rubinetti Giunti Ferrovie Macchine utensili(in generale) Macchine utensili specifiche(tornio, fresatrice,…) Aliante Velivolo più leggero dell’aria Macchine per deformazione plastica Teorie della resistenza Verifiche a fatica Metodi di progettazione Sistemi di scrittura manuale Trasmissione e trasformazione del moto Cuscinetti Molle Giunti e innesti Bulloneria Sistemi per la trasformazione del moto Sistemi di sterzatura Sedili per autovettura Robot Passeggini per bambini Compressori Erpici Macchine per movimento terra