Macchine

CLASSIFICAZIONE

Tra le numerose classificazioni delle macchine, una molto

generale e tecnica è quella che individua le macchine

trasformatrici di energia in tre grandi categorie:

-macchine motrici (o motori) trasformano energia disponibile in

energia meccanica utile (cioè lavoro). Sono di questo tipo quelle

che trasformano, in energia meccanica utile, l’energia elettrica,

chimica l’energia di pressione posseduta da liquidi e gas.

-macchine generatrici (o generatori), che trasformano energia

motrice in energia elettrica, idraulica, pneumatica ecc.;

-macchine operatrici, che eseguono una lavorazione e

comprendono in particolare le macchine utensili.

CENNI STORICI

L’uomo in primo luogo ha sviluppato le macchine elementari a cui ha

applicato l’energia, sia umana, animale, idraulica, ecc. L’energia in

seguito fu data dal vapore, dai motori a combustione interna e da

quello elettrico. La complessità allora delle macchine non soltanto è

aumentata, ma ha fatto in modo di far funzionare azioni complesse:

una complessità intrinseca, meccanica e organizzativa delle

macchine, ma anche la complessità delle azioni che le macchine

possono effettuare.

EGITTO

Studiare la tecnologia nel periodo egiziano significa studiare

soprattutto la tecnologia inerente alla costruzione della piramide.

Nella tecnologia della piramide troviamo la sintesi di tutta la

tecnologia avanzata dell’Egitto. Il primo che parlò di tecnologia fu

Erodoto, lo storico greco che visitò personalmente nel 500 a.C.

l’Egitto. Una domanda ci si pone: i tecnici egiziani dove trovarono

una cosi grande forza per sollevare e spostare questi immensi blocchi

di pietra strappati dalla montagna? Secondo studi recenti

probabilmente avvenne in questo modo: la grande forza del sole e la

forza dell’acqua avevano formato una eccezionale macchina che

permetteva questi spostamenti. Effettuando una misura precisa

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potremmo accorgerci che un blocco di legno si gonfia quando le sue

fibre per capillarità assorbono l’acqua e si ritira quando, per azione

dei raggi del sole, l’acqua assorbita evapora ed il legno si asciuga.

Questo rigonfiamento avviene però in uno strano modo: il cubo di

legno rimane della stessa lunghezza nel senso delle fibre, ma le sue

dimensioni cambiano in senso perpendicolare alle fibre stesse. Questa

tecnica fu utilizzata in tempi ancora più remoti nelle cave quando si

effettuavano spaccature di enormi blocchi di pietra attraverso dei

cunei di legno inseriti nelle fenditure rompendo così, una volta

bagnati, la pietra stessa (traccia di questo procedimento risultano

chiaramente nelle cave di granito di Assuan). I tecnici Egiziani

utilizzavano per spingere questi enormi massi un grande numero di

legni corti, tronchi segati a forma di cubo, che poi mettevano in fila,

posti con le fibre legnose in senso traversale, dando l’ordine poi agli

uomini di bagnarli rapidamente; si vedeva allora questa lunghissima

fila di pezzi di legno allungarsi più di un metro. Dopo di che il sole li

asciugava rapidamente, i cubi di legno ritornavano nelle loro

dimensioni originali e i tecnici ripetevano la stessa operazione fino a

spingere questi grandi macigni di pietra nei posti desiderati. Questa

macchina era un vero e proprio “motore solare”. I legni formavano

una specie di immenso pistone dotato di movimento lento ma di

grande potenza. Forse con questa macchina si potevano ottenere

avanzamenti di 5 o 6 metri al giorno quando il sole era nel pieno della

stagione estiva. 3

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Quando l’uomo non aveva fonti di energia capace di compiere le

varie attività e le abilità tecniche erano limitate, sognava la

costruzione della macchina più complessa mai esistita: una una

replica degli esseri umani.

Questa idea è presente anche nella mitologia greca.

GRECIA

La civiltà Greca non ha sviluppato le macchine, perché? Ci sono

parecchie risposte. Alcuni giustificano questo con la disponibilità

limitata dei metalli: tuttavia le macchine potevano essere costruite

anche con il legno. Altri intravedono la causa nell’insufficienza delle

fonti energetiche; forse, ma la civiltà greca aveva il potenziale

energico per costruire macchine più complesse di quelle che

realmente sono state prodotte durante quel lungo millennio. Oppure

c'era un'ideologia che ha impedito tale sviluppo, un disprezzo dei

lavori manuali, considerati attività inferiori ed il privilegio dello

studio, ad esempio della filosofia. Una ulteriore causa può essere

attribuita anche a motivi religiosi.

Nato nel 287 a.C. e mori tra i/ 212-296 a.C. e le

ARCHIMEDE:

sue scoperte nel campo della tecnologia furono numerosissíme

sebbene Archimede vedeva con preferenza le ricerche teoriche.

Queste principali scoperte furono sempre secondo la tradizione,

la leva, gli specchi ustori, apparecchi per il lancio di proiettili,

gru per sollevare e poi affondare le navi nemiche, un

meraviglioso modello rappresentante i moti dei corpi celesti,

macchine idrauliche destinate per l'irrigazione o al

prosciugamento e perfino un organo idraulico, ingegnosi

strumenti per il varo e per l'approdo delle navi tutte queste

macchine si dice che furono inventate da Archimede.

Di Erone e della sua vita si sa molto poco, visse ad

ERONE:

Alessandria d’Egitto quando questa era diventata una città ric-

ca e fiorente; diresse ad Alessandria la famosa scuola di inge-

gneria. Fra i suoi trattati notevole è la PNEUMATICA, raccolta

dedicata alla proprietà dei gas e descrivente ingegnosi apparecchi

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idraulici e straordinari automi. Fra gli altri studi meritano di es-

sere ricordati quelli sulla geometria e il trattato SULLA CO-

STRUZIONE DEGLI AUTOMI, in cui è contenuto la descrizione

di numerose figure automatiche.

Neanche i Romani malgrado la loro praticità non

I ROMANI:

sviluppare a fondo le preziose eredità degli ingegneri

seppero

alessandrini. Essi rivelarono senza dubbio grandi capacità

nell'ambito dell'edilizia ma, non riuscendo a comprendere

l'interesse della vera e propria ingegneria meccanica, non

avvertirono l’importanza pratica delle scoperte e delle ricerche

sulle nuovi fonti di energia.

Fu comunque un ingegnere romano del I secolo d.C., a

perfezionare il mulino ad acqua, che era rimasto fino a quel

momento un macchinario di uso domestico, a renderlo capace di

grande produzione: cioè, a trasformarlo da strumento artigianale in

macchina industriale. Quando pensava ad una macchina

LEONARDO DA VINCI:

Leonardo vi era sempre portato da un problema reale che lo

assorbiva e cercava, quindi, di risolverlo. Siamo nel Rinascimento

che vuole molti artisti, ingegneri, e architetti intenti a proteggere e

a consumare opere che hanno dato allo stesso Leonardo da Vinci

spunto per le sue idee come ad esempio alcuni studi fatti dal

Bramante.

.Osservando i disegni di Leonardo e i modelli costruiti ci si

domanda:

" queste macchine potranno funzionare ? " La risposta a questa

domanda è spesso negativa ma ciò non diminuisce il valore delle

intuizioni che ebbero successo

e applicazione nei secoli successivi, né tanto meno toglie fascino

alle sue idee, alle sue realizzazioni e teorizzazioni che Leonardo

stesso elaborava nel momento in cui disegnava le sue macchine.

Le macchine più famose sono: vita aerea, la gru girevole, la

coclea, sistemi di carrucole, macchine per sollevare pesi, attrezzo

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per la prova d'ali battenti, aliante con estremità alari manovrabili,

macchine che consentivano la trasformazione del moto alterno in

moto continuo, cuscinetti o sfera ecc...La prima serie fu progettata

per la macchine adatte al volo meccanico forse a partire gia dal

1483.

Alla fine del Quattrocento, quando il re di Francia Luigi XII venne

in visita a Milano, fu accolto da un leone meccanico costruito da

Leonardo da Vinci.

L’orologio è probabilmente la prima macchina complessa che ha

liberato la creatività degli uomini. È un sistema che si muove su sé

stesso fino ad un certo punto, attraverso i meccanismi interni ed è

quindi autonomo dall'uomo. È una specie di automazione che

funzionava all’inizio attraverso i pesi o attraverso l'acqua. Comunque

questo rendeva impossibile trasportare il meccanismo che, in effetti, è

stato poi collegato rigidamente alla relativa fonte di energia. Con la

creazione della funzione-molla nel 1470, è stata introdotta l'energia

trasportabile: gli orologi possono essere più piccoli e sono facili da

trasportare ed il meccanismo del lavoro della molla è introdotto in altre

macchine, che ora sono dotate dell'energia necessaria per il

movimento.

Nel 1642 Blaise Pascal progettò e costruì la prima macchina

calcolatrice a ingranaggi metallici capace di eseguire velocemente

somme e sottrazioni, fu un grande passo per il grande sogno degli

operatori cioè poter lavorare con macchine che permettevano il totale

automatismo delle operazioni.

Nel 1738 il tecnologo francese Jacques de Vaucanson costruì

un’anatra meccanica prodigiosa che imitava perfettamente i movimenti

dell’animale vero. Questa anatra fu un vero prodigio della meccanica,

costruita con l’intento di imitare un animale vero.

Verso la metà del Settecento fu progettato da Maillard un incredibile

cigno meccanico; mentre il disegnatore fu uno dei più famosi automi,

di Pierre e Henri Jaquet Droz, costruiti alla fine del Settecento e ancora

oggi in grado di funzionare perfettamente.

Tuttavia, occore ricordare che gli automi del Seicento e Settecento,

anche se molto avanzati dal punto di vista della meccanica,

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appartengono comunque al filone delle macchine costruite per

meravigliare, stupire e giocare. Passeranno perciò molti anni prima che

questo filone si incontri con quello delle macchine fatte per faticare

meno, o produrre di più, e dia origine ai robot e alla fabbrica

automatica.

Le macchine principali della rivoluzione industriale:

-Joseph Jaquart, telaio automatico che funziona sulle schede

perforate

-Christopher Spencer, tornio da vasaio semiautomatico

-Babbage (1791-1871), motore analitico

-Herman Hollerith, sistema calcolatore che funziona sulle schede

perforate

Durante il 1700, grazie alla rivoluzione industriale, avvengono grandi

cambiamenti:

- la possibilità di sfruttare l'energia del vapore, che é trasportabile,

potente e controllabile.

- lo sviluppo della chimica e della metallurgia - lo sviluppo continuo

delle macchine

-jacquard del Joseph sviluppa un telaio programmabile che ha

funzionato con le schede foro-perforate. Ciò ha concesso di produrre i

materiali migliori con meno sforzi.

- Babbage nel 1834 descrive un modello di calcolo della macchina

che poteva risolvere i problemi della logica, uno dei primi tentativi

per costruire un calcolatore che mai realmente era stato generato. II

problema principale era che avendo usato una nozione decimale, era

difficile da controllare all'interno di una macchina.

- Hollerith nel 1890, lavorando all'idea di Jacquard delle schede foro-

perforate elabora i dati di un censimento statunitense. Dopo il

successo di questo evento lui continuò a generare un'azienda

conosciuta come l'IBM. Le macchine avevano raggiunto un livello

elevato di complessità: il telaio programmabile era già un attrezzo

specializzato e l'invenzione di Hollerith ancor più é stata avanzata.

- Nel 1945 Mauchly ed Eckert costruiscono ENIAC il primo

computer della prima generazione elettronica, utilizzava

diciannovemila valvole termoioniche, che costituivano altrettanti

interruttori elettromagnetici.

Erano queste, macchine intelligenti? 7

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