STEP#20 - Un materiale

UNA NUOVA FONTE DI ENERGIA PER LE MACCHINE: IL CARBONE:

La prima rivoluzione industriale, originata in Inghilterra nel XVIII secolo, ha di fatto portato alla nascita dell'industria. Una popolazione in crescita spingeva ad aumentare la produzione e di conseguenza all'utilizzo di macchine che sostituissero il lavoro dell'uomo. Le macchine avevano però bisogno di essere alimentate per poter essere mosse e questo spinse alla ricerca di nuove fonti energetiche, la principale delle quali è il Carbone. Proprio per questo la prima rivoluzione industriale è nota anche come la "rivoluzione industriale del carbone e del vapore".
Combustibile fossile la cui formazione risale a milioni di anni fa (una dei periodi del Paleozoico è definito appunto "carbonifero" ), il carbone si trova in larghissima quantità nel sottosuolo inglese.
Il suo impiego principale fu l'uso nella macchina a vapore, messa a punto da poco dallo scienziato anglosassone James Watt. Il vapore prodotto dalla sua combustione permetteva alla macchina di compiere lavoro, per poi essere raffreddato in un condensatore. Seguì poi le sorti di tale macchina, conoscendo larghissimo utilizzo nelle navi e nei treni nel corso del XIX secolo.
Ma verso la fine dell'Ottocento nuove fonti di energia iniziano a diffondersi, sostituendo gradualmente l'uso del carbone in vari settori. Esso è tutta via sfruttato ancora oggi, come ad esempio per la produzione di energia termica.

STEP#19 - Meccanizzare nella scienza applicata

LA MECCANICA APPLICATA

La meccanizzazione, ovvero la capacità di costruire macchine che compiano un certo lavoro per l'uomo, è alla base della tecnologia di ogni epoca, sin dall'antichità. Si pensi che la meccanica è uno dei settori fondamentali della fisica, indispensabile per chi compie studi ingegneristici. Una delle discipline scientifiche che da essa deriva è la "Meccanica applicata", ovvero l'applicazione della meccanica nello studio e nella costruzione di macchine. 

Grazie a questa disciplina gli ingegneri sono capaci di studiare i dispositivi meccanici e in particolare il loro funzionamento e il loro moto, sfruttando conoscenze di cinematica, statica, dinamica, calcolo differenziale e integrale ma anche di fluidodinamica e termodinamica, indispensabili per l'approccio a tale materia. 

Lo scopo principale di chi opera in tale campo è la funzionalità: un meccanismo per poter servire a compiere un determinato lavoro deve essere in grado di svolgere le funzioni per le quali è stato concepito.

Dalle sue origini, intorno al XV - XVI secolo , la meccanica applicata ha conosciuto una notevole evoluzione fino a dare vita a nuovi settori alla base della tecnologia contemporanea, tra i quali ricordiamo la Meccatronica (fusione di meccanica ed elettronica) e la robotica.

STEP#18 Meccanizzare...nella cronaca

Coronavirus, la maschera da snorkeling diventa respiratore con la stampa 3D: il prototipo testato a Brescia

La maschera in vendita da Decathlon diventa grazie all'impresa Isinnova un ventilatore polmonare d'emergenza. Sperimentazione all'ospedale di Chiari e agi Spedali Civili di Brescia, il progetto online a disposizione di tutti.

L'articolo del 22 marzo 2020 è tratto dal quotidiano "La Repubblica". La notizia descrive la trasformazione di maschere da snorkeling in ventilatori polmonari. Un'innovazione importante e portatrice di enormi benefici per i malati gravi, in un periodo di pandemia come quello che stiamo vivendo. Si è infatti arrivati grazie a questo congegno a "meccanizzare" la respirazione, agevolando tale processo nei pazienti bisognosi. Grazie alla straordinaria intuizione di un primario dell'Ospedale di Gardone Valtrompia, Renato Favero, è stato possibile sperimentare, con il patrocinio dell'impresa "Isinnova", e mettere sul mercato un grande quantità di maschere modificate per aiutare i pazienti in difficoltà.

Link per riferimenti testuali: https://milano.repubblica.it/cronaca/2020/03/22/news/coronavirus_maschera_snorkeling_modificata_respiratore_3d_brescia-251963126/

STEP #17 - Un abbecedario

UN ABC... PER LA MECCANIZZAZIONE

• A come Alimentatore
• B come Benzina
• C come Collaudo 
• D come Dentata (ruota)
• E come Elettroventola
• F come Freno
• G come Guarnizione
• H come Hardware 
• I come Ingranaggio
• L come Leva
• M come Meccanismo
• N come Nastro trasportatore
• O come Olio motore
• P come Pistone
• Q come Quadro elettrico
• R come Ruota
• S come Saldatura
• T come Trasmissione
• U come Utensile 
• V come Valvola
• Z come Zincatura

STEP #16 - Un protagonista

Leonardo Da Vinci, una mente geniale a 360 gradi

Genio immortale del Rinascimento Italiano, Leonardo Da Vinci si occupò di pittura, scultura, architettura, matematica, anatomia, zoologia, meccanica e altre diverse discipline, viaggiando nelle maggiori città italiane (Firenze, Milano, Venezia, Urbino etc.) e persino in Francia dove morì nel 1519. Molti suoi scritti e disegni sono conservati ancora oggi e sono tutt'ora oggetto di studio e accurata analisi. Si può dire che egli fu un artista a "360 gradi" per il gran numero di campi del sapere che egli toccò e per la sua straordinaria capacità inventiva. Tra i suoi progetti vi sono anche numerosi modelli di macchine e congegni meccanici, talvolta anche sorprendentemente avanzati per l'epoca in cui visse.

L'AUTOMA CAVALIERE

Una delle invenzioni più interessanti di Leonardo fu il progetto del cavaliere automa (nella foto), realizzato probabilmente intorno al 1495/96. 

Si tratta di un cavaliere dalle caratteristiche umane che secondo il progetto avrebbe potuto reggersi in piedi senza l'ausilio di sostegni, riproducendo di fatto la capacità dell'uomo di sorreggersi autonomamente. L'automa poteva addirittura alzare il braccio ed emettere suoni dalla bocca grazie a particolari meccanismi. La figura era ideata secondo i canoni dell'Uomo Vitruviano, messo a punto dallo stesso Leonardo. 

Informazioni tratte da:
https://it.wikipedia.org/wiki/Automa_cavaliere

IL PRIMO MODELLO DI CARRO ARMATO

Realizzato nel 1485 (come testimonia il progetto conservato al British Museum), esso offre un esempio della prima macchina da guerra che si avvicina maggiormente all'odierno carro armato. Si trattava di un meccanismo che poggiava su quattro ruote e a forma di testuggine. Alla sommità era posta una torre di avvistamento. Alcuni ingranaggi collegati alle ruote permettevano al carro di muoversi. Venne anche ipotizzato l'uso di cavalli per trainarlo, idea che in seguito fu abbandonata considerando il pericolo che si imbizzarrissero se tenuti all'interno di uno spazio chiuso e angusto. Il progetto così come ci è pervenuto è considerato di difficile attuazione in quanto i meccanismi descritti da Leonardo non permetterebbero in realtà lo spostamento del carro.
Informazioni tratte da:
https://it.wikipedia.org/wiki/Carro_armato_di_Leonardo

LA "MACCHINA VOLANTE"

E' chiamata anche "ornitottero" , dal greco"ornis" + "pteron" ovvero uccello + aria, in riferimento alla capacità posseduta dagli uccelli. Verso la fine del XV secolo Leonardo Da Vinci aveva avviato un approfondito studio dell'ornitologia (studio degli uccelli), arrivando persino ad ipotizzare la costruzione di una macchina più pesante dell'aria con la capacità di volare sbattendo delle ali meccaniche. Essa era costituita da una cabina di comando a forma di barca a cui erano fissate delle ali tramite un insieme di viti e altri congegni. Fu aggiunta anche una coda per conferire stabilità alla macchina durante il volo e per mantenerne la direzione. Un progetto interessante, tuttavia impossibile da realizzare, anche a causa dell'elevato peso dell'uomo che impedirebbe il volo.
Ulteriori informazioni al link:
https://it.wikipedia.org/wiki/Ornitottero

STEP #15 - Meccanizzare...nel Novecento

Nuove macchine per la Grande Guerra

Siamo abituati a vedere il Novecento, almeno la sua prima metà, come un secolo lacerato dalle guerre. E' nel secolo scorso che si combatterono le due guerre che stravolsero l'intero Pianeta, le due "Guerre Mondiali". All'inizio del Novecento, al di là del clima di ottimismo dominante in Europa, vi erano tensioni tra gli Stati che facevano pensare ad un conflitto inevitabile e sempre più prossimo. E' interessante osservare come alla vigilia dello scoppio della Grande Guerra gli Stati Europei fossero quasi tutti dotati di un forte arsenale bellico, che aveva conosciuto una notevole evoluzione se comparato a quello al tempo delle guerre napoleoniche. Si può osservare come la tecnologia, da più di un secolo al servizio dell'industria, si sia "messa al servizio" dell'industria bellica e quindi della guerra. La tecnologia aveva permesso infatti di produrre armi all'avanguardia e di un'efficacia straordinaria, e c'era in effetti una vera e propria competizione tra le potenze europee in questo campo. 

LA "DICKE BERTHA"

In tedesco "Grande Bertha", è probabilmente l'arma più efficace messa a punto dai tedeschi. Si tratta di un pezzo di artiglieria, in particolare un obice, ovvero una sorta di cannone dalla canna notevolmente allungata, che permetteva il raggiungimento di  un'enorme distanza. Fu messa a punto dall'industria Krupp di Essen, per soddisfare le richieste dello Stato Maggiore di costruire un'arma capace di distruggere una parete di cemento armato spessa 3 m, permettendo così di avere la meglio sull'esercito francese. Tali esemplari furono utilizzati per espugnare le fortificazioni costruite dai Belgi ad Anversa, Ypres, Namur nonché sul fronte orientale. La Battaglia di Verdun del 1916 segnò la fine dell'utilizzo delle "Bertha" a motivo della distanza coperta, giudicata troppo limitata. Una testimonianza dell'epoca afferma che queste macchine potevano produrre un'onda d'urto avvertibile a ben 3 km di distanza. (Informazioni tratte da Wikipedia, al link sottostante).
https://it.wikipedia.org/wiki/Grande_Berta

IL CARRO ARMATO

Il carro armato rappresentò una grande innovazione in campo bellico durante il primo conflitto mondiale. Si sa che un primo progetto di carro armato fu redatto da Leonardo Da Vinci nel 1485 (chiamato per questo "carro armato di Leonardo"). Il primo modello vero e proprio fu messo a punto nel 1915 dal colonello inglese Swinton, su richiesta del Primo Lord dell'Ammiragliato Winston Churchill. Dotato di due mitragliatrici e un motore Daimler , possedeva una corazza di 10 mm di spessore e poteva raggiungere una velocità di circa 6-7 km/h. Venne denominato "Little Willie", dal nome della società che lo produsse, la "William Foster & Co". 

Tuttavia questo primo esemplare necessitava ancora di miglioramenti prima di essere usato sul campo. I primi carri armati fecero infatti la loro comparsa un anno più tardi durante la Battaglia della Somme, 1 Luglio 1916. In quell'occasione però non portarono i risultati sperati, in quanto alcuni dei 32 carri utilizzati rimasero impantanati nel fango o caddero nelle trincee scavate nel terreno.

I primi successi si ebbero con la battaglia di Cambrai nel novembre del 1917. Furono messi in campo 474 carri in totale,  che permisero agli anglo - francesi di superare la linea nemica.
Per maggiori informazioni:
https://www.lagrandeguerra.net/ggcarriarmati.html

STEP#14 Meccanizzare..nell'Ottocento

Un nuovo mezzo di trasporto: il treno

Nell'Ottocento la rivoluzione industriale, che aveva avuto origine in Gran Bretagna alcuni decenni prima, si diffonde rapidamente in tutta Europa. A poco a poco aumenta il numero dei paesi "industrializzati", cioè di quei paesi che conobbero quello straordinario sviluppo che avrebbe radicalmente modificato la produzione dei beni. Una delle invenzioni che si diffuse con maggiore rapidità fu la "macchina a vapore", utilizzata come motore per le navi e successivamente applicata a quello che sarebbe divenuto uno dei più diffusi mezzi di trasporto, ovvero il treno.

Con la rivoluzione industriale il carbone iniziò a essere sfruttato come materia prima in grandi quantità ed enormi convogli dovevano essere trasportati da un gran numero di cavalli. 

Il primo modello di locomotiva a vapore venne messo a punto da un ingegnere inglese, Georg Stephenson. Costruita nel 1829, essa venne chiamata "The Rocket" ("il razzo"). La locomotiva poteva raggiungere circa 40 km orari, un record per l'epoca. Tuttavia si pensava che una velocità superiore a 50 km/h avrebbero potuto danneggiare il carico trasportato o asfissiare coloro che erano addetti al funzionamento della locomotiva, timori che in seguito si rivelarono essere infondati. Negli anni successivi si iniziò a costruire varie linee ferroviarie in Inghilterra e nel resto dell'Europa, e il treno si diffuse presto come mezzo di trasporto per persone, rendendo molto più rapidi gli spostamenti tra città, tra Paesi, e alcuni anni più tardi, persino tra continenti. 

STEP#13 Meccanizzare...nel Settecento

Macchine nuove per l'industria nascente

La rivoluzione industriale iniziata in Inghilterra nel XVIII secolo aveva apportato profondi cambiamenti nella produzione e nella lavorazione dei beni. Ciò comportò allo stesso modo grandi mutamenti anche all'interno della società (ne parlarono in maniera diffusa filosofi materialisti come Karl Marx, e positivisti come Auguste Comte), a tal punto che un secolo più tardi l'Europa e il Mondo apparirono completamente trasformati. 

Diversi furono i fattori che contribuirono al sorgere della rivoluzione industriale, uno dei quali fu la notevole crescita demografica, che spinse ad aumentare la produzione di beni di consumo. Per soddisfare i bisogni di una popolazione in crescita fu necessario cercare nuovi mezzi e l'ausilio di nuove macchine in sostituzione del lavoro manuale. Si può quindi dire che la tecnologia viene messa al servizio della produzione in questa fase, permettendo di realizzare macchine che rendano più efficiente ed efficace il lavoro dell'uomo. 

LA MACCHINA A VAPORE

Una delle invenzioni più degne di nota, che conobbe in seguito diverse applicazioni, fu la Macchina a vapore brevettata dallo scozzese James Watt. Essa era alimentata da una fonte di energia presente in abbondanza sul territorio inglese, il carbone. Esso serviva per trasformare l'acqua in vapore, in modo tale che quest'ultimo potesse compiere un lavoro. Il vapore veniva poi raffreddato in un condensatore a parte. 

Si tratta di un'invenzione rivoluzionaria che sarebbe divenuta la base del funzionamento di diverse macchine produttive. 

IL TELAIO MECCANICO

Uno dei settori tra i più interessati dai cambiamenti sopra descritti fu il settore tessile, da tempo in espansione in Inghilterra e nel resto dell'Europa. Sin dal Medioevo l'operazione di filatura era svolta a mano con l'utilizzo della ruota per filare, comparsa per la prima volta in Europa intorno al 1200. Si trattava di un lavoro lento e faticoso che necessitava spesso di un numero di filatrici anche superiore a 5. 

La prima evoluzione si ebbe con l'introduzione della "Spinning Jenny", inventata da James Hargreaves nel 1765, un filatoio munito di 8 fusi che permetteva di aumentare notevolmente la quantità di filo prodotta. 

Vent'anni dopo fu brevettato dall'inglese Edmund Cartwright il "power loom" (nella foto), telaio meccanico alimentato da una macchina a vapore. Tale invenzione sostituì il lavoro di un certo numero di tessitrici e permise di ottimizzare i tempi di produzione. 

 

STEP#12 Meccanizzare...nella tecnologia medievale e moderna

L'organo a canne attraverso Medioevo e Rinascimento

L'organo ritrovato

Vediamo nella fotografia soprastante un ritrovamento archeologico di notevole importanza, si tratta dell'unico modello di organo di epoca romana giunto sino ai giorni nostri, rinvenuto nella città di Acquincum, nell'attuale Ungheria, risalente secondo gli esperti al III secolo d. C. In quell'epoca l'organo (ancora denominato "hydraulis") aveva conosciuto una larga diffusione nel mondo romano, sia come strumento per accompagnare spettacoli, combattimenti tra gladiatori e competizioni pubbliche, che per intrattenimento nelle case private. E' noto che il suono era ancora prodotto da delle pompe idrauliche, le quali permettevano all'aria di far suonare le canne. Ci sono infatti pervenute diverse notizie riguardanti questo strumento e il suo funzionamento grazie agli scritti di autori famosi come Cicerone, Seneca e altri. Tuttavia tale ritrovamento risulta anche di maggiore importanza se si considera che il suo funzionamento non è più idraulico come i modelli precedenti; si tratti infatti del primo esemplare di organo alimentato da un mantice, che pompa l'aria all'interno di una cassa chiusa che prende il nome di somiere, al quale sono fissate le canne.
Questo ritrovamento è utile alla ricostruzione della storia di questo particolare strumento, una vera e propria macchina meccanica che combina assieme ingegneria e genio artistico.

L'organo medievale

In epoca medievale l'organo continua a diffondersi nell'Impero Latino d'Oriente, in particolare a Bisanzio dove diventa lo strumento principale per accompagnare i festeggiamenti imperiali. Si sa che nel 757 d.C. l'imperatore Costantino V regalò un organo a Pipino il Breve, re dei Franchi, il quale lo fece sistemare nella chiesa di San Corneille a Compiègne, contribuendo così alla ripresa della diffusione di tale strumento anche in Occidente.
L'organo medievale presenta tuttavia delle differenze dagli organi del nostro tempo. All'epoca si costruivano organi definiti "portativi", di piccole dimensioni, che potevano essere trasportati agevolmente da una persona e in alcuni casi venivano anche portati a tracolla. Col tempo si iniziò a realizzare organi di dimensioni maggiori (sempre tuttavia abbastanza piccoli se paragonati a quelli attuali di modeste dimensioni), che potevano essere spostati ma ciò richiedeva il lavoro di più persone. Questi organi sono definiti "positivi", in quanto era necessario "posarli" a terra per suonarli. Gli organi positivi si diffondono rapidamente nelle chiese, dove iniziano a essere usati per le celebrazioni liturgiche, Tuttavia il numero di registri, e quindi di canne, era ancora molto basso (si parla di uno o due registri e qualche decina di canne). Il metodo per far suonare le canne era inoltre assai differente in quanto non c'erano ancora delle tastiere ma venivano usati dei pomelli, che permettevano alle canne di suonare se venivano tirati. Si trattava di una pratica assai difficoltosa in quanto era necessario spingere ogni volta i pomelli perché tornassero in posizione di riposo.

Un esempio di questo funzionamento è l'"organo di Grado", ritrovato nell'omonima città e risalente al 1030. Esso era composto da 2 registri con 15 canne ciascuno, per un totale di 30 canne. Ma già in quegli anni si era arrivati a costruire strumenti di alcune centinaia di canne; ne è un esempio l'organo di Winchester, realizzato nel 950, dotato di 400 canne, il più grande della sua epoca.
Con il tempo le manopole vennero gradualmente rimpiazzate da delle tastiere rudimentali, composte da tasti anche di grandi dimensioni e spesso difficili da premere (si sa infatti che occorreva persino pestarli con i gomiti). Successivamente le dimensioni dei tasti si ridussero notevolmente e ciò permise anche si realizzare organi con un numero di tastiere superiore a uno (siamo intorno al 1200).
Nel XIV secolo comparvero anche le prime pedaliere; tale accorgimento era dettato dalle necessità di tenere delle note gravi durante l'esecuzione di un brano mentre si eseguivano quelle più acute alla tastiera. Questa innovazione fu determinante in quanto preparò il terreno alla polifonia rinascimentale, che si sarebbe diffusa qualche secolo più tardi. Nella fotografia sottostante vediamo un'immagine dell'organo più antico ancora funzionante, conservato nella Basilica di Notre- Dame de la Valère a Sion, in Svizzera. Risalente al 1430 circa, esso consta di un'unica tastiera di 45 tasti e una pedaliera di un'ottava (si noti come l'estensione della pedaliera era ancora assai limitata).

L'organo rinascimentale

Agli albori dell'età rinascimentale la produzione organaria, già largamente diffusa in Europa, aveva permesso la creazione di strumenti di modeste dimensioni (400-500 canne e più), anche se gli organi "monumentali" avrebbero iniziato a fare la loro comparsa più di quattro secoli più tardi, tra Otto e Novecento. Durante quest'epoca iniziarono a formarsi le diverse "scuole organarie", ognuna con caratteristiche diverse, sia sotto il profilo costruttivo (aspetto estetico, numero di tastiere, estensione della pedaliera) che quello fonico (scelta dei registri). Si affermano le tre grandi scuole europee: quella italiana, quella francese e quella tedesca. Ancora oggi è possibile notare le profonde differenze che sussistono tra di esse. Ciò che le accomuna tuttavia è il sistema di trasmissione che sta alla base del loro funzionamento, ovvero il collegamento tra le dita dell'organista e le canne. Tutte e tre le scuole costruiscono infatti strumenti a "trasmissione meccanica".
Essa è composta da una serie di leve e tiranti, messi in azione dalla pressione del tasto, e collegati alla valvola, denominata "ventilabro", che se abbassata permette all'aria contenuta nel somiere di far suonare la canna desiderata. In questo modo l'esecutore agisce direttamente e meccanicamente sulle canne.
Pur considerando che una diversa pressione del tasto non cambia l'intensità del suono prodotto, questo tipo di trasmissione risente in parte della sensibilità dell'organista, ovvero un tocco più rapido influisce sull'apertura della valvola della canne in modo diverso da un tocco più fermo e deciso.         I diversi accorgimenti sperimentati nel corso dei secoli hanno permesso di realizzare meccanismi tali da ridurre al minimo lo sforzo necessario per premere i tasti. Con il passare dei secoli tale sistema verrà in parte sostituito da nuovi sistemi presenti negli organi attuali e che testimoniano lo straordinario cammino di progresso nella realizzazione di una macchina così particolare e complessa.

Per saperne di più:  http://xoomer.virgilio.it/fborsari/arretra/index.html
                               https://it.wikipedia.org/wiki/Organo_della_basilica_di_Val%C3%A8re

STEP#11 Meccanizzare...nella pandemia

La pandemia di Covid-19 attualmente in corso, fortunatamente in leggero calo nel nostro paese, ha come sappiamo causato un numero altissimo di decessi, soprattutto tra persone anziane e pazienti affetti da altre patologie. Proprio in questi casi il virus può causare difficoltà respiratorie che possono anche diventare gravi (informazioni in parte tratte dal sito del Ministero della Salute). Nell'ottica di risolvere tale problema sono stati creati dei ventilatori polmonari, come quello raffigurato nell'immagine soprastante. Si è persino arrivati a convertire delle maschere da snorkeling in congegni finalizzati ad aiutare il paziente nella respirazione. Si tratta di un esempio che spiega come si possa rendere "meccanica" una funzione vitale, ovvero come essa possa essere sostenuta in modo efficace da delle macchine apposite (si parla in effetti di "ventilazione meccanica"). Tale macchina è alimentata da un motore elettrico che gonfia un mantice, il quale soffia l'aria con frequenza prestabilita nei polmoni agevolando il processo di diffusione a livello degli alveoli polmonari, per mantenere costante la presenza di ossigeno nel sangue e permettere un'adeguata espulsione di andride carbonica attraverso l'espirazione. La macchina è in grado di calcolare quanta aria occorre pompare all'interno dei polmoni.
L'utilizzo di questo meccanismo è vitale per i pazienti in terapia intensiva, in totale ancora più di 1600 in Italia, anche se in costante diminuzione (si stima un decremento  medio di circa 100 persone al giorno).
Informazione tratte dai seguenti siti:
https://scienze.fanpage.it/cose-e-come-funziona-un-ventilatore-polmonare/
http://www.salute.gov.it/portale/nuovocoronavirus/dettaglioFaqNuovoCoronavirus.jsp?lingua=italiano&id=228#2
https://www.corriere.it/salute/malattie_infettive/20_aprile_30/coronavirus-italia-205463-casi-positivi-27967-morti-bollettino-30-aprile-e52891bc-8af5-11ea-a2b6-e57bd451de7e.shtml