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