Energia e macchine...nel mondo antico e oggi...

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1 1 Energia e macchine...nel mondo antico e oggi... Le fonti di energia a disposizione del mondo antico erano molto più limitate di quelle odierne.. C'era innanzi tutto l'energia muscolare umana. Ad essa si faceva ampio ricorso in ogni genere di attività, in particolare per la costruzione di opere pubbliche. Per sollevare materiali pesanti i Romani conoscevano la gru, ma erano sempre degli uomini ad azionarla per mezzo di una ruota calcatoria, fondata sullo stesso principio delle nostre gabbie per scoiattoli. Lo stesso sistema era usato per portare l'acqua da un livello più basso ad uno più alto. Anche tutte le navi da guerra erano mosse da uomini ai remi. E opinione diffusa che gli scarsi progressi tecnologici delle società antiche siano da imputare alla schiavitù: invece di pensare ad inventare macchine complicate bastava acquistare più schiavi. C'era poi l'energia animale. Per la trazione erano impiegati sia gli equini sia i bovini. I primi erano più veloci, ma costavano di più e portavano un peso minore. Asini, muli e cavalli non erano sfruttati al massimo delle loro possibilità. Essi erano aggiogati pressappoco come i buoi, col risultato che quando gli animali tiravano, la pressione esercitata dalla bardatura sul collo tendeva a soffocarli e ad ostacolare l'afflusso di sangue al cervello. Solo in età medievale si affermò in Occidente il collare rigido imbottito che, poggiando sul petto e sulle spalle, permette all'animale di respirare e di sfruttare così tutta la propria forza. Il bue, che è capace di tirare con una forza superiore una volta e mezza al proprio peso, era impiegato per i carriaggi. In piano avanzava di circa un miglio all'ora, ma sui terreni difficili la velocità commerciale scendeva ad una decina di chilometri al giorno. Per i trasporti che non comportavano l'uso di carri si ricorreva di preferenza al mulo, capace di percorrere fino a 50 miglia al giorno con un carico di circa un quintale. Un asino portava invece 50 kg. Animali venivano usati anche per azionare macine e nòrie. Un anonimo autore del IV secolo d.c. ci ha lasciato la descrizione di un'invenzione (probabilmente mai realizzata) che sfruttava la forza dei buoi per muovere le navi. Gli animali, girando in circolo sul ponte come se spingessero una macina, azionavano in realtà un ingranaggio che muoveva delle grandi ruote a pale, poste sui fianchi dello scafo: un'anticipazione dei battelli costruiti dopo l'inven-zione della macchina a vapore.

2 Antichi metodi per spostare colonne o blocchi di pietra particolarmente pesanti. Da un'edizione ottocentesca del De architectura di Vitruvio. Particolarmente interessante è il metodo illustrato nella Figura 3, perché - com'è facile intuire - i buoi, nel momento stesso in cui tirano, imprimono anche alla gabbia cilindrica un moto rotatorio che facilita lo spostamento. Gli altri due metodi sono quasi identici: la colonna della Figura 1, viene però trasportata "nuda", perché è direttamente unita al telaio mediante due perni. 2 Un'altra importante fonte di energia usata dagli antichi fu l'acqua. Il maggiore progresso nel suo sfruttamento si ebbe a partire dal I sec. a.c. con l'invenzione del mulino idraulico a ruota verticale. La ruota poteva essere mossa dal basso, direttamente dalla corrente del fiume, o dall'alto, mediante il getto di una canalizzazione che colpiva le pale di una ruota o riempiva, appesantendole, le apposite vaschette. Un sistema di ruote dentate trasmetteva il movimento allamacina. Nei pressi di Arles si è rinvenuto un complesso che disponeva di otto macine poste una sotto l'altra sul pendio di una collina. La stessa acqua, cadendo all'alto, le metteva in azione una dopo l'altra. Si è calcolato che l'impianto poteva produrre più di due tonnellate di farina al giorno. L'energia idraulica fu usata anche per altri scopi. Da Ausonio (IV sec. d.c.) sappiamo che essa azionava delle seghe per marmo sulle rive della Mosella. Gli antichi non conobbero mai il mulino a vento. E questo è tanto più strano in quanto già Erone di Alessandria (1 sec. d.c.) aveva ideato una pompa da organo azionata da una ruota mossa dal vento. 1. La nòria consta di una serie di recipienti, fissati a distanze eguali su una catena o su un nastro, mossi da una puleggia in alto. Nel loro moto ascendente i recipienti sollevano acqua o materiali minuti, dei quali si sono riempiti nel punto più basso della loro corsa

3 3 Due schiavi spremono le olive, spingendo le sbarre infisse nel cilindro internamente filettato e facendo così abbassare il piatto del torchio. Aquileia, nel Museo Archeologico Nazionale. Frantoio per le olive a trazione animale;, restituzione grafica, eseguita in base ai resti di un frantoio ritrovati in provincia di Grosseto (Villa di Settefinestre). II mulino a otto ruote di Barbegal, presso Aries. IV secolo d.c.

4 4 Gli antichi non utilizzarono neppure il vapore, la cui forza era però conosciuta. Erone ci ha lasciato la descrizione di una macchina - l'eolipila - che è una sorta di elementare turbina. Una sfera veniva riempita d'acqua e posta sul fuoco. li vapore usciva da due tubi opposti piegati ad angolo retto e imprimeva alla sfera, che girava su un perno, un moto vorticoso.questa ed altre invenzioni di Erone non.ebbero mai un'applicazione pratica. Erano solo giocattoli divertenti (fontane automatiche, teatrini animati) o congegni che, installati nei templi, davano ad ingenui fedeli l'illusione del prodigio (porte che si aprivano da sole accendendo il fuoco sull'altare e altre cose del genere).un apparente paradosso dell'antichità è che a grandi progressi nelle scienze esatte e in quelle naturali non si accompagnò un'applicazione pratica delle cognizioni acquisite. Questo dipende in parte da un atteggiamento mentale comune alle società antiche secondo cui era preferibile assecondare le forze della natura piuttosto che "imbrigliarle" facendo loro violenza. La schiavitù inoltre portava a disprezzare il lavoro manuale come indegno di uomini liberi. Anche gli uomini di scienza erano più inclini alla ricerca "pura" che alla sperimentazione. Il celebre Archimede diede con le sue mirabolanti invenzioni molto filo da torcere ai Romani che assediavano Siracusa, ma "non si degnò mai di lasciare scritta qualche cosa sul modo di costruire quelle macchine da guerra, persuaso che ogni tecnica che si propone un'utilità immediata è ignobile e grossolana, (Plutarco, Vita di Marcello, 14). Va detto anche che le macchine di Archimede, al pari di tutte le altre costruite dagli antichi, erano eminentemente empiriche che non potevano essere progettate con precisione matematica - di qui la difficoltà o inutilità di scriverne - perché i sistemi di calcolo rimasero macchinosissimi e imperfetti fino all'adozione delle cifre arabe, a partire dal XIII secolo d.c. Anche la misura del témpo era imprecisa. Non era possibile misurare la temperatura né esistevano lenti che consentissero di accrescere le possibilità dell'occhio umano.in sostanza, in questo "universo del pressappoco,., la costruzione di apparecchi complessi era al di fuori delle possibilità concrete degli scienziati.d'altra parte tecnologia non significa solo macchinismo. Fino a un'epoca recente non è esistita una macchina più complessa dell'uomo. E le società schiavistiche sfruttavano proprio queste "macchine" che incorporavano un sapere empirico e una abilità che potevano essere aumentati, perfezionati e sfruttati nei modi e nei tempi voluti.lo schiavo, instrumentum vocale (= utensile con la parola), esprimeva insomma un altissimo potenziale tecnologico. Se teniamo presente questo, si capisce perché in certi settori di produzione la macchina, allora, non rappresentasse un progresso ma un regresso.nelle aziende agricole, per esempio, solo la macchina-uomo consentiva certe colture intensive e specializzate (come la vite), mentre la meccanizzazione si adattava alle colture estensive. Non a caso la mietitrice a ruote, una delle poche "invenzioni" di età romana, si usò soprattutto nei latifondi a grano della Gallia

5 5 La gru romana in un rilievo dal Sepolcro degli Haterii (fine l sec. d.c. Roma. Musei Vaticani) e in una ricostruzione. - Uno schiavo, camminando all'interno della grande ruota motrice, la fa girare solidalmente al perno attorno al quale si avvolge la fune; la fune passa attraverso la carrucola e solleva il masso di pietra. Questo risultato straordinario è ottenuto principalmente grazie all'enorme differenza fra il grande raggio della ruota e il piccolo raggio dei perno su cui si avvolge la fune. Erone e le porte automatiche. A fuoco acceso, l'acqua contenuta nell'altare (stagno e a tenuta ermetica) si scalda, e la pressione dei vapore la costringe a passare nella sfera sottostante. Parte dell'acqua della sfera passa perciò nel secchio, e il secchio, appesantito, s'abbassa e tira le corde che fanno ruotare i due cilindri solidali con i cardini delle porte (si notino i perni tratteggiati passanti attraverso il pavimento): le porte, pertanto, si aprono. A fuoco spento, il vapore si ricondensa, e l'ac-qua del secchio viene risucchiata nella sfera. Quando il secchio è vuoto, prevale il peso a destra che, mediante corde e carrucole, fa girare i cilindri in modo da richiudere le porte del tempio. Erone e la turbina a vapore (eolipila). Dalla caldaia il vapore passa nella sfera ed esce dai due tubi, piegati ad angolo retto in direzioni opposte, facendo girare la sfera. Il congegno è mosso da quelle stesse forze che muovono i motori a reazione dei nostri tempi e che solo nel 1687 furono inquadrate da Newton in una rigorosa teoria, secondo il cosiddetto principio di azione e reazione.

6 6 Solo con L invenzione della Macchina a Vapore sul finire del 700 si inizia l era dello sfruttamento dell Energia,in pratica in poco più di 200 anni abbiamo consumato energia pari a tutti i secoli precedenti. A questo punto inizia un altro discorso- (Problema Energetico)che nel mondo antico era molto relativo Ricorda : Vento, Sole, sono Energie Rinnovabili,Carbone Petrolio sono Energie che prima o poi finiscono La combustione del Carbone o anche del legname produceva vapore che si trasformava in movimento (energia cinetica), pensa ai primi treni.