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