Il Settecento
Prof. Edoardo Rovida
Il Settecento
• Idee
• Realizzazioni
• Insegnamento
Idee (grandi sviluppi dovuti al metodo
sperimentale ed agli strumenti
matematici(analisi infinitesimale))
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•
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•
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(17001782)(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
•
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•
•
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
•
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•
•
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
Macchine
motrici
Materiali
Macchine
utilizzatrici
Macchine per
miniere
Macchine
utensili
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
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•
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)
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•
-
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
avvolta su stessa (simile a
quella degli orologi).
-dato il peso ridotto, ottiene
discrete altitudini e buona
autonomia.
-volo umano ancora lontano:
non ci si era ancora posti il
problema di decollo e
atterraggio
rapporto 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(17091782))
• 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