Le macchine del tempo
Lezione del corso di
Storia della Tecnologia
07/03/2008
Filippo Nieddu
L’Antichità/1
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I più antichi strumenti per misurare il tempo sono stati:
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L’orologio ad acqua
La clessidra
I bastoncini combustibili
- Le candele marcatempo
- La clessidra a sabbia
Vitruvio / 1
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L’orolgio ad acqua di
Vitruvio era più affidabile
di una clessidra, ed
aveva applicazioni
militari
Esso è uno dei molti
citati nell’opera
vitruviana
Sarà ripreso da Roberto
Valturio nel suo De re
militari (1472)
Il predominio
orientale
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Nell’807 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)
L’Occidente
riprende quota
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Nell’estate 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.
L’Europa cominciava a
esportare macchinari in Asia.
(in figura un orologio ad
acqua in miniatura medievale)
L’Occidente e i primi orologi
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L’Europa medievale sviluppò sempre più una mentalità che
tendeva a vedere la macchina come soluzione dei problemi
posti dall’ambiente
L’orologio 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 Sant’Eustorgio 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
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Da
http://brunelleschi.imss.fi.it/:
“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
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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 l’altra
paletta, ricevendo un impulso
nella direzione opposta. Il
foliot si muove dunque
ritmicamente avanti e indietro.
Gli orologi
bassomedievali
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Gli orologi non erano
precisi
Alla precisione si
preferiva la complessità
(come nell’esempio
dell’orologio di
Strasburgo, installato nel
1350)
Gli orologi “privati”
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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
l’energia all’orologio.
Si introduce la conoide,
che dà la possibilità di
produrre orologi portatili.
La (il) conoide / 1
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Da http://brunelleschi.imss.fi.it/:
“Dispositivo 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
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La diminuzione della
forza motrice è
controbilanciata
dall’aumento del braccio
della forza.
Per ottenere una
risultante costante il
diagramma del raggio
deve essere di tipo
iperbolico.
F*R=k
F
R
La miniaturizzazione
Gli orologiai
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A partire dal Cinquecento, per via della crescente
richiesta, si formarono le prime corporazioni di
orologiai.
Parigi, Lione, Ginevra, Blois, Tolosa, Londra, L’Aia,
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
dell’esistenza delle corporazioni.
Le necessità
della scienza
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Astronomi e navigatori
avvertono la necessità di
orologi di precisione per
la determinazione della
longitudine e l’esatta
posizione degli astri
La realizzazione
dell’orologio a pendolo fu
il passo fondamentale
L’orologeria fu il primo
settore a mettere in
pratica le scoperte
scientifiche
Il pendolo / 1
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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
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Fattore influente è la
temperatura, che può far
allungare il pendolo 
pendoli a compensazione.
George Graham nel 1721
fu il primo a sviluppare
una tecnica valida per la
compensazione della
temperatura
l1
l3
l2
l
l = l1 - l2 + l3 = l0 + Δ1 - l0- Δ2 + l0 + Δ3 = l0 + (Δ1 + Δ3) - Δ2
Δ1 = Δ3 = kAT; Δ2 = kBT  se kAT = ½ kBT  (Δ1 + Δ3) - Δ2 = 0
I saperi degli
orologiai / 1
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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
I saperi degli
orologiai / 2
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Con il pendolo dalla misura
della DISTANZA, propria della
scienza della balistica, si passa
alla FREQUENZA.
Il XVIII secolo vede la migliore
formalizzazione dei saperi, con
la pubblicazione di trattati, tra
cui i più famosi sono quelli di
Berthoud.
I trattati di Berthoud:
•l'Art de conduire et règler les pendules, 1759;
•Essai sur l'horlogerie, 1763 e 1786;
•Traité des horloges marines, 1787;
•Traité des montres à longitude, 1792;
•Histoire de la Mesure du temps, 1802.
La circolazione del sapere
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Gli orologi costruiti in Inghilterra a fine Cinquecento
erano riproduzioni di modelli francesi e tedeschi.
L’imitazione è però utile: sono gli inglesi a inventare la
suoneria notturna a ripetizione o comandata.
La divisione del lavoro trova nell’orologeria terreno
fertile, tanto da essere citata da Adam Smith come
esempio già nel 1776.
Nascono corporazioni come quella dei montatori
d’orologio (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
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Nel 1714 il governo britannico istituì un premio (sino a 20.000
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.
Questa può essere determinata con osservazioni astronomiche
oppure portando con sé 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
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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.
Il problema della longitudine / 3
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Si diceva che esistesse una polvere (denominata unguentum
armarium) che, cosparsa sulle bende che avevano avvolto un
cane ferito, sarebbe stata capace di procurare dolore all'animale,
pur a distanza. Sarebbe bastato quindi che ogni nave, prima di
lasciare il porto, avesse imbarcato un cane ferito e avesse lasciato
a terra dei bendaggi che erano serviti per curarlo. Qualcuno a
terra avrebbe cosparso le bende con questa polverina ogni
mezzanotte, in modo che il cane sulla nave, col guaito di dolore,
avrebbe potuto segnalare che in quel momento era mezzanotte
nel porto di partenza, risolvendo il problema della longitudine.
L'esploratore Samuel Champlain (1567-1635), fondatore della
città di Montreal, disse “Dio non ha permesso all'uomo l'uso delle
longitudini!”. Nel 1726 Jonathan Swift (1667-1745) fa dire a
Gulliver, protagonista del suo romanzo, che sono solo tre le cose
impossibili per l'uomo: il moto perpetuo, la medicina universale e
la soluzione del problema delle longitudini.
Gli orologi contemporanei / 1
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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 prima applicazione pratica di queste proprietà del quarzo fu
realizzata nel 1928 negli Stati Uniti a opera di J. W. Horton e W. A.
Morrison.
Solitamente nei comuni orologi da polso la frequenza di
oscillazione è fissata a 32768 Hertz.
Gli orologi contemporanei / 2
Quarzo di orologio da polso. Il cristallo è nel cilindretto metallico.
La precisione
degli orologi
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L’evoluzione della
tecnologia si riflette sulla
precisione degli orologi
Le direzioni privilegiate
di sviluppo riguardano:
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Le maggiori invenzioni
(foliot, pendolo, conoide)
I materiali utilizzati
La collocazione
nell’ambiente (controllo
della temperatura, della
pressione, ecc.)
Riferimenti bibliografici essenziali
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Carlo M. CIPOLLA, Le macchine del tempo, Bologna : Il Mulino,
1981
Alexandre KOYRE’, Dal mondo del pressappoco all’universo
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
Dava SOBEL, Longitudine, Milano : Rizzoli, 1996