Le grandi macchine di Leonardo by Editoriale Scienza

Testi: © 2019 Book on a tree Ltd / Davide Morosinotto e Christian Hill da un’idea di Claudio De Signori Illustrazioni: Marco Bonatti Progetto grafico: Studio Link www.editorialescienza.it www.giunti.it © 2019 Editoriale Scienza srl via Bolognese, 165 - 50139 Firenze - Italia via Beccaria, 6 - 34133 Trieste - Italia Prima edizione: maggio 2019

Stampato presso Lito Terrazzi srl Stabilimento di Iolo

Le grandi

DAVIDE MOROSINOTTO CHRISTIAN HILL

macchine di LEONARDO 40 invenzioni geniali:

comâ&#x20AC;&#x2122;erano un tempo e come sono oggi

Illustrazioni di Marco Bonatti

Indice La sfida ha inizio.........................................10

Leonardo l’architetto................................. 46

I codici di Leonardo.....................................16

La vita di Leonardo.....................................12

CAPITOLO 1

CAPITOLO 3

LEONARDO MULTIUSO

LEONARDO L’INGEGNERE

CAPITOLO 2

LEONARDO VA ALLA GUERRA

Leonardo il viaggiatore.............................. 60 CAPITOLO 4

LEONARDO A ROTELLE

LEONARDO ACQUATICO

CAPITOLO 6

LEONARDO FRA LE NUVOLE

120

72 86

CAPITOLO 5

CAPITOLO 8

LEONARDO ROCKSTAR

I misteri di Leonardo.................................134 È ora di salutarci.......................................136 Glossario...................................................138 Indice analitico.........................................139

GLi esperimenti La crittografia..............................................................................................17 Un acquedotto in miniatura................................................................ 19

Leonardo e il corpo umano........................ 98

La carrucola................................................................................................27 La fionda calibrata.................................................................................. 33

100

Che corazza!.............................................................................................. 36

CAPITOLO 7

LEONARDO QUOTIDIANO

Automobile a palloncino....................................................................... 45 Quanti bulloni!........................................................................................... 49 Questione di mira.................................................................................... 54 Attenzione all’attrito!.............................................................................. 58 In curva, ognuno per conto suo....................................................... 66 Costruisci un’auto a elastico............................................................. 70 La spinta di Archimede..........................................................................73 Questione di attrito..................................................................................78 Questione di assetto.............................................................................. 82 Perché gli aerei volano?.........................................................................87 Costruisci un paracadute................................................................... 96 Caratteri mobili fai da te....................................................................106 Costruisci un ventilatore.................................................................... 114

Leonardo l’artista.....................................116 Leonardo e gli affreschi............................118

Strumento a corda fai da te..............................................................123 Costruisci un tamburo meccanico..............................................130

LA SFIDA HA INIZIO ‒ Così tu ti chiami Leonardo ‒ dice la tipa seduta davanti a me, e mi punta gli occhi in faccia. ‒ Esatto ‒ rispondo ‒ ma gli amici mi chiamano Leo… Sorrido. Lei no. Ha la faccia di una che ha appena inghiottito un limone. Intorno a noi gli altri chiacchierano del più e del meno in un brusio indistinto. Che noia, questa cena. È il mio primo Raduno dei Giovani Ingegneri e pensavo che sarebbe stato divertente, un modo per conoscere tante colleghe e colleghi, invece sembrano tutti qui per punizione. ‒ E vieni da… ? ‒ Toscana ‒ rispondo. ‒ Una città vicino Firenze, che…

‒ Quale? ‒ Vinci. La tipa mi guarda come se la stessi prendendo in giro. ‒ Quindi tu ti chiami Leonardo e vieni da Vinci. ‒ Eh… Sfiora lo schermo touch del suo orologio. ‒ Oh, che fortuna. Siamo ancora nel 2019. Per un attimo ho pensato di aver viaggiato indietro nel tempo… Mi sforzo di sorridere. Ancora. Lei no. Si volta il signore alla mia destra, che ha una lunga barba bianca. ‒ Molto interessante. Per caso lei è parente di quell’altro Leonardo? Il genio fiorentino? ‒ Ecco ‒ rispondo ‒ non è tanto facile da stabilire. Pare che Leonardo da Vinci, quello vero, non abbia avuto figli. Ma di sicuro aveva dei fratelli e sembra… Considerando che sono passati cinquecento anni dalla sua morte… Insomma forse… Insomma, era mio zio.

‒ Tuo zio? ‒ esclama la tipa. ‒ Il mio pro-pro-pro-pro-pro-pro-pro-pro-zio. Almeno così dicono in famiglia. Magari si sbagliano. Chissà. In quel momento un altro tizio, uno con la faccia da zucchina che sta due posti più in là, si allunga verso di me con aria minacciosa. ‒ Dì la verità, ti piacerebbe, vero? Avere un parente così famoso. Sembra che mi stia sfidando, perciò, beh, mi alzo in piedi. ‒ Sì ‒ dico. ‒ Stasera in questa sala siamo tutti ingegneri… E Leonardo è stato uno dei primi. Uno dei più grandi geni della storia! ‒ Ah! Il più sopravvalutato di sicuro. Non riesco a credere alle mie orecchie. ‒ Leonardo ha inventato l’aeroplano! Il carro armato… ‒ Più o meno ‒ ribatte la tipa seduta davanti a me. ‒ Diciamo che ha avuto qualche buona idea. Ma pochissimi dei suoi progetti sono stati davvero realizzati… ‒ Infatti gli equivalenti moderni delle sue idee sono completamente diversi da come se li immaginava lui! ‒ Non è vero! ‒ Sì che è vero. A quel punto mi accorgo che attorno al tavolo ci guardano tutti, e nel ristorante è sceso un silenzio irreale. E mi accorgo anche di un’altra cosa. La sfida è cominciata. Così mi metto comodo e inizio a raccontare la storia del mio avo…

Cominciamo! Checché ne dica Faccia-dizucchina, Leonardo da Vinci è considerato una delle persone più geniali mai esistite. Nel corso della sua vita dipinse capolavori ammirati ancora oggi; si occupò di teatro, scultura e musica. Progettò palazzi e chiese. Studiò medicina. E fu, tra le altre cose, un grande inventore. In questo libro vedremo tante delle sue invenzioni più originali per confrontarle con gli oggetti che usiamo oggi. E fidati di me: le sorprese non mancheranno. Parola di Leo!

‒ Perché erano impossibili! O strampalati ‒ continua Faccia-di-zucchina.

LA VITA di LEONARDO A SCUOLA CHE DISASTRO! Leonardo nacque il 15 aprile del 1452 ad Anchiano (un gruppetto di case vicino a Vinci, in Toscana). Era il figlio illegittimo di Piero, un notaio del posto. Illegittimo significava che i suoi genitori non erano sposati, il che impediva al piccolo Leonardo di aspirare all’eredità e al lavoro di suo padre. Ser Piero però decise di dargli lo stesso un’istruzione, e chiamò in casa un precettore, cioè un professore privato, perché insegnasse a Leonardo il latino. La leggenda narra che il mio prozio fosse un pessimo scolaro: scappava dalla

finestra alla minima occasione, e preferiva passare le giornate nei campi a giocare e ammirare gli alberi e la natura. Non imparò mai il latino (infatti per tutta la vita si definì un “uomo senza lettere”, cioè ignorante) in compenso dimostrò subito un certo talento per la pittura, perciò suo padre lo mandò a Firenze perché diventasse un apprendista alla bottega di Andrea del Verrocchio.

APPRENDISTA PITTORE Ai tempi di Leonardo, un artista doveva saper fare molte cose: oltre a dipingere occorreva imparare a scolpire, costruire case, fabbricare mobili, creare gioielli… Leonardo, che era sempre stato molto curioso, cominciò ad appassionarsi a tutte queste attività così diverse fra loro. Diventò tanto bravo che, solo quattro anni dopo, il Verrocchio gli suggerì di lasciare la sua bottega per aprirsene una propria. Leonardo insomma era già diventato un maestro. Cominciò a dipingere e a farsi una certa fama… più che altro come inconcludente, nel senso che accettava un lavoro, lo cominciava con grande entusiasmo, ma poi per una ragione o per l’altra non lo portava mai fino in fondo. Il fatto è che Leonardo era così creativo che si annoiava molto facilmente! Essendo un giovanotto elegante, cominciò a frequentare con successo la corte di Lorenzo il Magnifico, a Firenze, dove tra le altre cose si fece apprezzare come… musicista! Un giorno il signore di Milano, Ludovico il Moro, inviò una lettera a Lorenzo chiedendo di mandargli qualche musicista “di grido”.

E a essere scelto fu appunto Leonardo.

MUSICISTA MA NON SOLO Leonardo arrivò così a Milano con i suoi strumenti musicali, ma una volta a palazzo mise subito in chiaro con Ludovico il Moro che poteva fare molto più che suonare

per lui. E alle parole questa volta fece seguire i fatti.

In poco tempo Leonardo si affermò come pittore, scultore, progettista, ingegnere, scenografo teatrale, maestro di cerimonie e feste. Durante il suo soggiorno a Milano creò molte delle sue opere d’arte più famose, come l’Ultima Cena, e ideò tantissime invenzioni. Purtroppo, nel 1500, quando il mio prozio era già un maturo signore di 48 anni, i francesi attaccarono la città. Ludovico il Moro, sconfitto, dovette fuggire… e Leonardo anche. Lasciò Milano e, insieme alla sua squadra di amici e assistenti, partì per un lungo viaggio alla ricerca di fortuna.

ANNI DA VAGABONDO Leonardo iniziò a viaggiare alla ricerca di una nuova casa dove realizzare i suoi progetti. Si spostò in lungo e in largo per l’Italia: andò a Mantova, alla corte di Isabella d’Este; a Venezia; tornò nella sua Firenze; da lì andò a Roma, poi Urbino, Rimini, Pesaro, di nuovo Firenze e di nuovo Roma, alla corte del papa. Il mio prozio portava sempre con sé il suo team di collaboratori e le sue idee, ma la vita, per uno come lui, non era tanto facile. In quegli anni infatti l’Italia era divisa in piccoli stati in costante guerra fra loro. Un artista per lavorare aveva bisogno di ottenere la protezione di qualche signore, quindi fra le altre cose doveva essere un esperto di politica. Leonardo era bravo a ingraziarsi i potenti, ma era anche una persona difficile: come quando era piccolo e scappava dalle finestre, non sempre Altre volte, infine, fu solo sfortunato. A Roma ad esempio ottenne dal papa un importante incarico di ingegneria: studiare la bonifica delle paludi pontine. Purtroppo, il papa a un certo punto morì, i fondi vennero bloccati, e Leonardo dovette partire di nuovo.

LEONARDO IN FRANCIA Nel 1517 arrivò addirittura in Francia, dove il sovrano Francesco I gli offrì di andare a vivere in un castello vicino alla città di Amboise. Lì Leonardo trovò finalmente la pace che aveva tanto cercato, e la possibilità di lavorare a piacimento. Anche se ormai era in età da pensione, continuò a dipingere e progettare a più non posso, disegnò palazzi e giardini, inventò scenografie per le feste, approfondì gli studi di anatomia che da sempre lo appassionavano. Purtroppo questa parentesi di serenità durò solo due anni: nell’aprile del 1519 Leonardo si ammalò e poco dopo morì, il 2 maggio, nelle stanze del castello che era stato la sua ultima casa e dove ancora oggi puoi visitare la sua tomba. Si dice che il re Francesco I fosse talmente affezionato a Leonardo che, quando seppe che il grande genio era scomparso, scoppiò in lacrime.

manteneva le promesse. E spesso lasciava le cose a metà.

I codici di LEONARDO ‒ Non pensavo che Leonardo avesse avuto una vita così interessante ‒ esclama una giovane collega a tre posti di distanza da me. L’avevo già notata prima: ha più o meno la mia età, grossi occhiali con la montatura azzurra… ed è molto carina. ‒ Grazie, ehm… ‒ Giulia ‒ mi sorride lei. ‒ Mi chiamo Giulia. Intanto Faccia-di-zucchina torna alla carica.

Infaticabile e disordinato

‒ Pfui ‒ sbuffa. ‒ Non ci hai raccontato niente

Anche se il prozio Leonardo non pubblicò mai libri, la quantità di scritti che ci ha lasciato è incredibile. Nei suoi appunti segnava quello che lo incuriosiva, cioè, quasi tutto: troviamo schizzi di macchine, proverbi e massime, disegni del corpo umano, ma anche prove per i suoi dipinti più famosi. Una cosa strana è che Leonardo non parla quasi mai della sua vita personale (vedi p. 134). Tra le sue carte, però, spuntano a volte dettagli di vita quotidiana. Ad esempio, a un certo punto una lunga serie di appunti si interrompe bruscamente con la frase: “eccetera… perché la minestra si fredda!”. E noi immaginiamo il grande genio che lascia tutto per andare a cena.

che non si possa trovare su wikipedia, o in qualche libro. E a proposito di libri: io ne ho scritto uno. Incredibilmente Faccia-di-zucchina si china, prende

la sua borsa e ne tira fuori un volume massiccio. Sulla copertina c’è addirittura la sua foto. Scommetto che l’ha portato a cena apposta per vantarsi.

‒ Quanti libri ha scritto il tuo Leonardo, invece? ‒ Nessuno ‒ confesso. ‒ In compenso, però, ci ha lasciato migliaia di pagine di appunti. È su queste carte che possiamo trovare gran parte dei suoi progetti. E dopo la sua morte, anche se purtroppo alcuni quaderni sono andati perduti, gli altri sono stati raccolti e conservati.

Tutti sanno che Leonardo era mancino, scriveva cioè con la mano sinistra. È famoso anche il fatto che scrivesse i suoi appunti alla rovescia, cioè da destra a sinistra: per decifrarli occorre riflettere le pagine in uno specchio. Ma perché Leonardo faceva così? Ci sono diverse teorie. Quella che preferisco sostiene che Leonardo imparò a scrivere a quel modo per stupire i suoi amici, quando era solo un apprendista pittore. Scrivere alla rovescia sembrava quasi magico… Mentre per lui, essendo mancino, era molto comodo, perché così non rischiava di sporcarsi la mano con l’inchiostro!

Da allora vengono chiamati “codici”.

Parole alla rovescia

LA CRITTOGRAFIA Crittografia significa, in greco, “scrittura nascosta”: serve a impedire che qualcuno (ad esempio un nemico o… un fratellino) possa leggere quello che scriviamo. Prova questi tre diversi sistemi crittografici:

INCHIOSTRO SIMPATICO: è un inchiostro che diventa invisibile, così una pagina scritta appare come un semplice foglio bianco. Il modo più semplice di farlo è scrivere con uno stuzzicadenti intinto nel succo di limone. Le scritte compaiono solo se avvicini (con attenzione) il foglio a una fiamma.

SCRITTURA ALLA ROVESCIA: proprio come Leonardo, allenati a scrivere da destra a sinistra con le lettere capovolte. Se non sai come fare, prendi una pagina scritta normalmente, guardala allo specchio, e ricopia i caratteri rovesciati!

CIFRARIO DI CESARE: è una delle crittografie più antiche (si dice che sia stata inventata proprio da Giulio Cesare). Su un foglio a quadretti scrivi tutto

l’alfabeto. Nella riga sotto, riscrivilo spostando tutte le lettere di un posto, cioè cominciando con la B e finendo con la A. Così: ABCDEFGHILMNOPQRSTUVZ BCDEFGHILMNOPQRSTUVZA Ora usa questa tabella per sostituire ogni lettera della prima riga con quelle della seconda riga. Se, per esempio, la C diventa D, la I diventa L e la A diventa B… CIAO si scriverà DLBP. Difficile da decifrare, vero?

CAPITOLO 1

Leonardo l’ingegnere Al giorno d’oggi i mestieri sono molto specializzati. Ad esempio io sono un giovane ingegnere… Ma esistono ingegneri di tanti tipi: ci sono quelli che costruiscono palazzi, quelli meccanici, quelli informatici, dei trasporti, gli ingegneri chimici, eccetera. Invece ai tempi del prozio non era così, e un artista si interessava di tanti campi diversi,

compresi quelli più scientifici.

Leonardo l’idraulico Tra le passioni del mio prozio c’era, senza dubbio, l’ingegneria idraulica. Nel Rinascimento le case non avevano i rubinetti, per questo le città erano spesso attraversate da fiumi e complicati sistemi di canali in grado di portare l’acqua ai cittadini. Non solo, a quei tempi viaggiare via terra era lento e complicato: i fiumi erano quindi importanti autostrade che permettevano di spostarsi molto più rapidamente usando una barca.

In questo Leonardo era imbattibile. Ogni argomento per lui era speciale e interessante: si dice che quando girava per la città, si fermasse spesso a parlare con le persone che incontrava per chiedere dettagli sul loro mestiere e imparare qualcosa di nuovo. Leonardo poi forniva idee e suggerimenti su come lavorare più rapidamente o con meno fatica. E spesso inventava macchine che potessero

Firenze, la città di Leonardo, è attraversata dal fiume Arno, che raggiunge Pisa e arriva fino al mare. Nel Rinascimento l’Arno dava anche qualche problema ai cittadini: in alcuni tratti, dislivelli e cascate rendevano impossibile la navigazione; in più il fiume aveva un percorso lungo e tortuoso, e gli argini erano soggetti a smottamenti. Leonardo pensò allora di modificare il corso del fiume per facilitare la navigazione: il suo percorso anticipa quello della moderna autostrada A11, che da Firenze conduce proprio fino al mare!

aiutare gli operai!

Il fiume di Firenze: l’Arno

un acquedotto in miniatura Ti serve: 1 pacco di cannucce nastro adesivo 1 bicchiere oggetti di diverse altezze (un vasetto, un portapenne, un libro ecc.) Trasportare l’acqua per lunghe distanze, ad esempio da un lato all’altro di un giardino o del bagno, non è facile.

Ma puoi riuscirci costruendo un acquedotto come quello degli antichi Romani, che realizzavano lunghissimi canali coperti disposti con una leggera pendenza: in questo modo l’acqua poteva percorrere distanze incredibili. Per vedere come funziona, prova a fare il tuo acquedotto in miniatura. Crea un lungo serpente di cannucce infilandole una dentro l’altra. Se le cannucce sono del tipo a soffietto, il tuo tubo potrà anche avere le curve. Sigilla le giunture fra le cannucce con il nastro adesivo, poi metti in posizione l’acquedotto usando sostegni di altezza crescente.

Per dare solidità, fissa le cannucce ai sostegni con il nastro adesivo. Fai in modo che i sostegni più bassi portino l’ultima cannuccia ad appoggiarsi sul bordo di un bicchiere. Ora posizionati all’altra estremità del tubo, metti in bocca un sorso d’acqua e, facendo un po’ di attenzione, spruzzala dentro al tuo acquedotto. Se tutto va bene, il bicchiere in fondo si riempirà. Altrimenti, probabilmente devi aumentare il numero di sostegni, regolare meglio la loro altezza o… tappare qualche perdita!

1. LEONARDO L’INGEGNERE

Ponti! I più antichi risalgono all’età del bronzo e servono per superare i fiumi senza bagnarsi le scarpe. Ma come fare se sul fiume, poi, devono navigare le barche? L’unica soluzione è costruire un ponte in grado di spostarsi per lasciarle passare. È quello che fa il ponte girevole del mio prozio Leonardo.

Il ponte girevole Questo grosso palo centrale chiamato pilone sostiene tutto il peso del ponte grazie ai due tiranti laterali

Un contrappeso di pietra aiuta a bilanciare la campata sospesa

Il ponte può girare grazie a questi due grossi verricelli azionati da uomini o animali

Datemi una leva e solleverò il mondo! Prendi un oggetto pesante, ad esempio la borsa di mamma, e tienilo in mano con il braccio ben disteso. È molto faticoso, vero? Ora appendi la borsa al gomito. La fatica è minore! Questo si spiega con il principio della leva: più il peso è lontano dal fulcro (in questo caso la tua spalla) e maggiore è la forza necessaria per sollevarlo. Ecco perché il ponte girevole ha una gobba pronunciata e spostata tutta da un lato: in questo modo il peso si concentra nelle vicinanze del fulcro, cioè i piloni di sostegno. Una curiosità: la frase “Datemi una leva e solleverò il mondo” è di Archimede di Siracusa, il famoso inventore e scienziato dell’antica Grecia.

La forma a parabola serve a distribuire meglio i pesi, concentrandoli in prossimità del pilone

1. LEONARDO L’INGEGNERE

Oggi i ponti mobili non sono per forza girevoli. Esistono anche i ponti retrattili, i ponti che scorrono su rotaie o i ponti levatoi che si sollevano in verticale. Un famoso ponte girevole ancora in attività si trova a Taranto: ruota per lasciar passare le navi della Marina Militare italiana, che ha una base proprio lì vicino!

Dato che il canale è molto ampio, il ponte è diviso in due tronconi che si uniscono al centro

Il ponte mobile

Il ponte è azionato da potenti motori elettrici A differenza del ponte di Leonardo, il perno non è all’estremità, ma un po’ spostato in avanti per bilanciare i pesi

E se il canale diventa un fiume? Se un fiume è troppo ampio, l’unico modo di attraversarlo è dividere in due il ponte come mostrato in questa pagina. Un ponte girevole come quello di Leonardo, infatti, richiederebbe una campata molto lunga e difficile da sostenere. Servirebbero piloni altissimi e robustissimi! Il mio prozio inventore, però, in questo caso aveva pensato a una soluzione originale: un ponte girevole galleggiante, cioè sorretto da barche.

1. LEONARDO L’INGEGNERE

Come tutti i fluidi, l’acqua è un elemento mobile e difficile da controllare. Per questo da sempre l’umanità cerca di raccoglierla in bacini, condotti per l’irrigazione, acquedotti. Leonardo passò molti anni a studiare i modi per regolare e incanalare i flussi d’acqua. Tra le sue invenzioni più importanti ci sono ad esempio le paratoie, che possono bloccare il corso di un fiume o rallentarlo a piacimento.

La paratoia a ghigliottina

La paratoia scorre all’interno di guide che sono ben lubrificate, altrimenti potrebbero bloccarsi per via della pressione! Girando questa manovella la paratoia si alza o si abbassa per regolare la quantità d’acqua

Una serie di perni che si infilano sul fondo del canale permette alla paratoia di resistere meglio alla pressione dell’acqua

L’autoclave Quando la paratoia è chiusa, il peso dell’acqua la schiaccia contro le guide e tappa ogni fessura rendendola ermetica. In sostanza, l’acqua preme per passare e così facendo, invece, si chiude ogni via d’uscita. Questo tipo di chiusura che sfrutta la pressione si chiama autoclave. Un esempio pratico puoi trovarlo in cucina ed è la pentola a pressione: il coperchio si incastra in posizione e poi viene sigillato dalla forza del vapore che si forma all’interno.

Questa seconda manovella permette di alzare la paratoia come fosse la sbarra di un passaggio a livello. Molto utile se c’è una barca che deve andare dall’altra parte!

1. LEONARDO L’INGEGNERE

Anche oggi le paratoie mobili sono fondamentali per controllare i flussi d’acqua, dai grandi fiumi ai canali per irrigare i campi. Come puoi vedere, assomigliano molto a quella inventata da Leonardo da Vinci...

La paratoia mobile

Il sistema di sollevamento a vite permette di alzare o abbassare la paratoia facendo meno fatica

Il materiale più usato per le paratoie di oggi è l’acciaio

Anche in questo caso, l’apertura sotto alla paratoia consente di regolare il flusso d’acqua

Le chiuse navali Le paratoie vengono usate anche per le chiuse navali: sono come degli ascensori che permettono alle barche di superare i dislivelli. Funzionano così: - la paratia a monte (quella in alto) viene chiusa - la camera viene svuotata fino al livello del canale più basso - la nave entra nella camera - la paratia a valle viene chiusa

- la camera viene riempita, sollevando la nave, fino al livello più alto - la paratia a monte viene aperta - la nave può proseguire il suo viaggio