Il Settecento

1. Il Settecento Prof. Edoardo Rovida

2. Il Settecento • Idee • Realizzazioni • Insegnamento

3. 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

4. Teoria dell’elasticità • Ad opera di Hooke (1635-1703)e De Saint Venant • Base del calcolo di resistenza

5. Bilancia di torsione • Ideata da Charles Augustin de Coulomb (1736-1806) • Utilizzata per la misura delle cariche elettriche

6. Geometria descrittiva • Ad opera di Monge • base delle proiezioni ortografiche e, quindi, dei disegni tecnici(mezzo fondamentale di comunicazione fra tecnici)

7. Monge(dalla “Geometrie descriptive” – 1794)

8. Copertina del testo di Monge

9. 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

10. Macchina per coniare monete(uno dei primi disegni che applicano le proiezioni) (vista frontale e vista laterale di un meccanismo)

11. Disegno del Settecento(applicazione delle proiezioni ortografiche/esempio di sezione/particolare ingrandito)

12. Dinamica dei fluidi perfetti • Ad opera di D.Bernoulli(1700-1782)(teorema omonimo), D’Alembert, Lagrange, Helmholtz, Kirchoff, Kelvin(1824-1907)(studio delle maree)

13. 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)

14. Teorema di Bernoulli: perché un aereo si solleva

15. Dinamica dei fluidi viscosi • Ad opera di Coulomb(1736-1806), Poisson(1781-1840)

16. 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

17. 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

18. 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

19. Dall’istituzione del metro • Calibri differenziali • Sistema di tolleranze

20. Realizzazioni • Caratteri generali • Evoluzione della tecnica • Nasce l’industria • Costruzioni

21. 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

22. Evoluzione della tecnica Macchine motrici Materiali Macchine utilizzatrici Macchine utensili Macchine per miniere

23. Sistema di fabbrica inglese • Erede delle tradizioni artigianali basate sulla pratica e sull’abilità personale: • -pezzi fabbricati uno per uno • -ricorso continuo alle rilavorazioni

24. 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)

25. 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)

26. Costruzioni • Macchina a vapore • Macchine di sollevamento • Trasporti • Pompe • Cuscinetti a rotolamento • Macchine utensili • Automi • Orologi • Sviluppo dei brevetti • Organizzazione del lavoro

27. 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”

28. 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

29. 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)

30. Newcomen(1663-1729) • 1712: realizza la prima macchina a vapore

31. 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 condensazionedel vapore

32. 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

33. 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”

34. Watt • 1757 nominato “fabbricante di strumenti di precisione” all’Università di Glasgow • 1763 incaricato di riparare un modellino della macchina di Newcomen

35. 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”

36. 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)

37. Watt • 1787 regolatore centrifugo, già usato sui mulini a vento, per rendere costante la velocità della macchina

38. 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

39. 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

40. 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

41. Macchine di sollevamento • Sistema di sollevamento con carrucole, in una stampa del 1700

42. Trasporti • Terrestri • “Aerei”

43. 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

44. 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

45. Berlina di Gala, in Palazzo Farnese, 1750 ca

46. “Automobile” di Cugnot(1769) • Motore a vapore applicato ad un carro • Vmax = 10 km/h

47. “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

48. 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

49. 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

50. 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