Le macchine del tempo Lezione del corso di Storia della Tecnologia 17/03/2006 Filippo Nieddu

LAntichità/1 I più antichi strumenti per misurare il tempo sono stati: – Lorologio ad acqua- Le candele marcatempo – La clessidra- La clessidra a sabbia – I bastoncini combustibili

LAntichità/2 Lorolgio ad acqua di Vitruvio era più affidabile di una clessidra, ed aveva applicazioni militari Sarà ripreso da Roberto Valturio nel suo De re militari (1472)

Il predominio orientale Nell807 d.C. Haroun al Rashid inviò in dono a Carlomagno un orologio che funziona ad acqua ed indica le ore, suonate da palline di bronzo che cadono su di un bacino di ottone. A mezzogiorno dodici cavalieri escono da dodici finestruole, che poi si chiudono dietro di loro (Eginardo, Annales, ad annum)

LOccidente riprende quota Nellestate del 1338 una galera partiva da Venezia diretta in Oriente. Tra le molte altre cose, la galera trasportava un orologio che Giovanni Loredan sperava di vendere a Delhi. LEuropa cominciava a esportare macchinari in Asia. (in figura un orologio ad acqua in miniatura medievale)

LOccidente e i primi orologi LEuropa medievale sviluppò sempre più una mentalità che tendeva a vedere la macchina come soluzione dei problemi posti dallambiente Lorologio meccanico nacque quando fu inventato il meccanismo chiamato scappamento a foliot (fine del Duecento). Orologio meccanico, bocche da fuoco e campane apparvero quasi contemporaneamente (e gli artigiani producevano spesso allo stesso tempo due o tre di questi manufatti) A Milano, nel 1309, nella chiesa di SantEustorgio fu installato un orologio in ferro. Gli orologi pubblici erano costosi e richiedevano la presenza costante di una persona che se ne prendesse cura.

Lo scappamento Da Congegno che controlla e trasforma il moto da continuo in alternato e che impartisce impulsi al pendolo o al bilanciere. I tipi più comuni di scappamento sono: a verga, ad ancora, a caviglie, a cilindro, a scatto, duplex, ecc.

Lo scappamento a foliot Una ruota munita di un numero dispari di denti, che la trazione di un peso fa muovere in senso rotatorio, batte con un dente contro una paletta della verga, imprimendo una rotazione al foliot, sino a che il dente scivola oltre la paletta, lasciando libera la ruota corona. Questa batte con un altro dente contro laltra paletta, ricevendo un impulso nella direzione opposta. Il foliot si muove dunque ritmicamente avanti e indietro.

Gli orologi bassomedievali Gli orologi non erano precisi Alla precisione si preferiva la complessità (come nellesempio dellorologio di Strasburgo, installato nel 1350)

Gli orologi privati Sino alla metà del Quattrocento gli orologi per uso privato furono molto rari In un periodo non precisato si cominciarono a usare le molle per fornire lenergia allorologio. Si introduce la conoide, che dà la possibilità di produrre orologi portatili.

La (il) conoide / 1 Da in forma di cono, montato su una ruota dentata che ingrana con la prima ruota motrice dell'orologio. Nel solco a spirale, che lo percorre dalla base alla sommità, durante la carica si avvolge il budello (o la catena), che poi la molla richiama facendo ruotare il conoide.

La (il) conoide / 2 La diminuzione della forza motrice è controbilanciata dallaumento del braccio della forza. Per ottenere una risultante costante il diagramma del raggio deve essere di tipo iperbolico. R F F * R = k

La miniaturizzazione

Gli orologiai A partire dal Cinquecento, per via della crescente richiesta, si formarono le prime corporazioni di orologiai. Parigi, Lione, Ginevra, Blois, Tolosa, Londra, LAia, Stoccolma sono i primi centri importanti Di trentatré orologiai operanti a Lione tra il 1550 e il 1650, tredici erano figli di orologiai, otto di orefici, meccanici, insegnanti e sarti. Istituzionalizzazione del rapporto maestro/lavorante e creazione di una lobby erano conseguenze dellesistenza delle corporazioni.

Le necessità della scienza Astronomi e navigatori avvertono la necessità di orologi di precisione per la determinazione della longitudine e lesatta posizione degli astri La realizzazione dellorologio a pendolo fu il passo fondamentale Lorologeria fu il primo settore a mettere in pratica le scoperte scientifiche

Il pendolo / 1 Grazie a Galileo (ca. 1610) e Huygens (1657) il pendolo è utilizzato per la misura del tempo Sino a prima il pendolo non era considerato un corpo rigido Il periodo del pendolo è pari a T = 2 (L/g), ed è indipendente dalla massa del pendolo

Il pendolo / 2 Con il pendolo dalla misura della DISTANZA, propria della scienza della balistica, si passa alla FREQUENZA. Fattore influente è la temperatura, che può far allungare il pendolo pendoli a compensazione = = 0 + Δ Δ Δ 3 = 0 + (Δ 1 + Δ 3 ) - Δ 2 Δ 1 = Δ 3 = k A T; Δ 2 = k B T se k A T = ½ k B T (Δ 1 + Δ 3 ) - Δ 2 = 0

I saperi degli orologiai I gruppi di orologiai nascono in città a forte vocazione mercantile (Ginevra, con le sue numerose e famose fiere, ne è un esempio), e tradizione nella lavorazione dei metalli Gli orologiai erano istruiti: sapevano leggere (per insegnare), disegnare e fare di conto

La circolazione del sapere Gli orologi costruiti in Inghilterra a fine Cinquecento erano riproduzioni di modelli francesi e tedeschi. Limitazione è però utile: sono gli inglesi a inventare la suoneria notturna a ripetizione o comandata. La divisione del lavoro trova nellorologeria terreno fertile, tanto da essere citata da Adam Smith come esempio già nel Nascono corporazioni come quella dei montatori dorologio (1698) e dei cesellatori (1716). Gli orologiai svizzeri già a fine Seicento producono pezzi senza firma, utilizzabili in altri paesi come base per i prodotti finiti.

Il problema della longitudine / 1 Nel 1714 il governo britannico istituì un premio (sino a sterline) per chi inventasse un metodo preciso ed adatto per l'uso a bordo di una nave, per determinare la longitudine locale, il Longitude prize. La determinazione delle coordinate locali era di importanza fondamentale nella navigazione in mare aperto. La latitudine può essere facilmente determinata, ma per calcolare la longitudine è necessario conoscere l'ora esatta. Questo può essere determinata con osservazioni astronomiche oppure portando con se un orologio sincronizzato prima della partenza. Gli orologi esistenti nel '700 erano disturbati o messi fuori uso dalle oscillazioni delle navi, per questo il governo inglese promosse lo studio di sistemi alternativo.

Il problema della longitudine / 2 Sebbene la maggior parte delle proposte si basasse su tecniche astronomiche, l'orologiaio John Harrison risolse il problema costruendo in sette anni un orologio adatto. La commissione governativa però non ritenne del tutto affidabile un sistema che prescindesse dall'osservazione astronomica ed accordò ad Harrison solo parte del premio in palio. John Harrison era un autodidatta, inventore dello scappamento detto "a cavalletta" e di un pendolo a compensazione termica. Harrison nel 1728 tentò di realizzare un orologio da navigazione che permettesse l'esatta determinazione in mare della longitudine. Harrison presentò nel 1735 il suo primo cronometro di precisione, realizzando altri due prototipi nel 1739 e 1749, finché non giunse al modello definitivo nel 1759, sperimentato in due traversate atlantiche. Il cronometro fu anche usato da James Cook per il suo viaggio esplorativo nell'Oceano Pacifico meridionale.

Gli orologi delletà contemporanea Un cristallo di quarzo sottoposto a compressione produce una differenza di potenziale elettrico; se gli si applica una tensione elettrica manifesta deformazione meccanica (piezoelettricità). Un cristallo tagliato in un certo modo è in grado di vibrare, se percosso, a una frequenza caratteristica (detta di risonanza) dipendente solo dalla sua forma e dimensione. In genere, minori sono le dimensioni, più alta è la frequenza. Combinando i due fenomeni, si ottiene un risuonatore al quarzo (equivalente ad un circuito RLC), con una frequenza di risonanza stabile nel tempo (variazioni di poche parti per milione all'anno). La dipendenza dalla temperatura è limitata ma non trascurabile, per cui nelle applicazioni più critiche si usa mantenere il quarzo a temperatura costante con un termostato. Solitamente nei comuni orologi da polso la frequenza di oscillazione è fissata a Hertz.

Gli orologi delletà contemporanea Quarzo di orologio da polso. Il cristallo è nel cilindretto metallico.

La precisione degli orologi Levoluzione della tecnologia si riflette sulla precisione degli orologi Le direzioni privilegiate di sviluppo riguardano: – Le maggiori invenzioni (foliot, pendolo, conoide) – I materiali utilizzati – La collocazione nellambiente (controllo della temperatura, della pressione, ecc.)

Riferimenti bibliografici essenziali Carlo M. CIPOLLA, Le macchine del tempo, Bologna : Il Mulino, 1981 Alexandre KOYRE, Dal mondo del pressappoco alluniverso della precisione, Torino : Einaudi, 1992 Vittorio MARCHIS, Storia delle macchine, Roma-Bari : Laterza, 1994 Paolo ROSSI, I filosofi e le macchine, Bologna : Feltrinelli, 2002 (1^ ed. Universale Economica Feltrinelli) Charles SINGER (ed.), Storia della tecnologia, Torino : Bollati Boringhieri, 1995