VOLANO E MANOVELLA

TRA LE MACCHINE PIÙ SEMPLICI SONO DI SICURO LE

PIÙ IMPORTANTI E RICCHE DJ IMPLICANZE: NONOSTANTE CIÒ SULLA LORO ORIGINE V1GE UNA LUNGA

DIATRIBA TRA CHl LE VUOLE DI ORIGINE ANTICA E CHI, INVECE, LE COLLOCA NEL MEDIOEVO. 01 CERTO

COMPAIONO ENTRAMBI SU DI UNA POMPA A BINDOLO RJTROVATA SU DL UNA DELLE NAVI Dl NEMl.

Le diverse macchine appena delineate, presuppongono un congegno di collegamento alla fonte energetica. Nel caso che fosse stato il braccio umano occorreva un dispositivo idoneo allo scopo: in pratica una pai1icolare leva per consentire il trasferimento continuo dello sforzo senza eccessivi sprechi e senza deficienze ergomoniche. Nulla di meglio, e il nome lo conferma, della manovella, etimologicamente manu volvere, girare con la mano. La maggioranza degli storici della tecnologia ne colloca l'inv enzione nel Medioevo 16l, tuttavia si conoscono almeno due congegni azionati da una embrionale manovella: la macina portatile a dischi di pietra sovrapposti e la pompa a bindolo delle navi di Nemi. Quanto sia fondamentale nell'evoluzione tecnologica questo piccolo dispositivo meccanico capace di trasformare il movimento alternativo in rotatorio e viceversa, lo dimostra la netta distinzione che esiste in nature fra le due tipologie. La prima, del moto rotatorio continuo, è propria della materia inorganica mentre la seconda è l'unica adottata dagli esseri viventi.

11 piccolo mulino, ancora correntemente utilizzato da popolazioni a basso livello tecnologico, ci è pervenuto in vari esemplari perfettamente conservati 17 l; e ciò elimina qualsiasi incertezza al riguardo. Considerando poi che ogni otto legionari vi era un mulino portatile, è probabile che proprio da quello sia stata tratta la manovella che si ritrova sulle navi di Nemi e veros imilmente in molte altre macchine. Dal punto di vista meccanico era costituita da un disco di legno o di metallo, che nel caso del mulino era la stessa macina, fissato ad un asse centrale e recante sulla sua corona un manico parallelo all'asse stesso. Col tempo il disco venne progressivamente ridotto fino a divenire una spranga di raccordo fra il manico e l'asse, più o meno lunga a secondo della funzione e dello sforzo necessario.

La versione con disco, appena desc1itta, presenta un seco ndo aspetto meccanico interessante: si comporta infatti anche da volano, altro elemento sulla cui origine sussistono ampie divergenze tra gli studiosi.

253. R il ievo a:,~onometrico dell a manove ll a applicata a ll a pompa a bindolo delle navi di Nemi.

254-255. Rilievi assonometrici se?ionati di macine a mano per grano tutt'oggi usate da tribù n o m adi in Nordafrica

256 -257. Foto corrispellive dei due grafici asso no met r ic i delle macine a mano.

Pom Pa A D O Ppi O Ef F Etto

SEl3BF.NI GIÀ L'AMBITO DELLE POMPE SIA TRA I PIU

A\A ZATI DELIA TEC'-OLOGIA A'-:TICA, QL,ELL/\ A DOPPIO l: fFETTO È LA SUA PUNTA DI DIAMANTF, RlTRO\A~DOSI N ESSA TRA CILINDRI, STA'JTlJFFI E VALVOLI· Dl ASPJRAZTONE E COMPRESS10Nl., NONC'I IÉ BIELLE E BILA ' CIERI L'l~TERO REPFRTORIO PER LA COSTRUZIONE DI UNA MACCI IINA A VAPORf:.. IN OGNI CASOQLiESTOTIPO DI POMPA È A'>CORAUSATA ANCHE COME IDRANTE ANT INCENDIO.

La noria a catena di taac, pur sol levando l'acqua a discreta altena, non le forniva alcuna pressione per cui non si prestava a proiettarla a getti. La ricerca di tale effetto, che può apparire meramente estetico. ma che in realtà trovava una precisa esigenza nelle pompe antincendio. come pure in quelle di evacuazione na\ale nel caso di imbarcazioni di una discreta stazza, fu ottenuto grazie ad un cilindro munito di stantuffo. L'im·enzione è ascritta a Ctesibio. 18l Suo tramite era possibile scaricare 1·acqua aspirata con una discreta pressione: facendola poi passare attraverso uno stretto ugello, la si trasformava in un lungo getto. Per e\ itargli un andamento intermillente ben presto si accoppiarono due cilindri. operanti a fasi alterne, di modo che quando uno stantuffo era sollevato. l'altro era abbassato L'idea non era di per sé nuova, ritrovandosi a li,ello archetipale in mantici primitivi realizzati con due canne di bambù. Probabile che questi fossero stati. in qualche circostanza. osservati e studiati dagli scienziati al seguito di Alessandro.

La macchina così realizzata e che arà definita in seguito pompa a doppio effetto. fu per gli antichi soltanto la ctesibica macl1i11a e fomi,·a un getto di acqua non ancora perfettamente continuo ma di tipo pulsante, inconveniente poi ovviato con una sorta di stabilizzatore. in pratica una scatola di compensazione munita di valvole di non ritorno. Proprio per la sua capacità di lanciare getti d'acqua ad una considerevole distanza. questa pompa fu usata per spegnere gli incendi e. molto probabilmente, anche per appiccarli. 258

258 Stampa ouocentesca raffigurante 1·impiego <li un sifone antincendio con rclativ<1 serbatoio per l'acqua.

259. Ricm>lruLione di un carro antincendio romano con sifone e serbatoio per l ' acqua.

260. Elemento costituito da cilindro e stantuffo di un gruppo di quattro simili rinvenuti in un relitto di nave romana naufragato all'imbocco del golfo del Leone. Francia.

261-262-263. Ricostruzioni virtuali di una pompa a doppio effetto che impiega due elementi del tipo del reperto.In dettaglio la sezione dello stesso e di una sua valvola.

Organo Ad Acqua

L'organo, in linea di massima, è il perfezionamento gigante dello zufolo pastorale: una fuga di canne di diversi diametri e lunghezze, strettamente affiancate fra loro io modo tale che soffiando, ora nell'una ora nell'altra, se ne ricavava un diverso suono. E se al p1irno per ottenere una variazione armonica bisognava far scoITere dinanzi alle labbra le canne. al secondo, per ovvie ragioni , occorreva inviare l'a1ia compressa direttamente alla canna, secondo il medesimo criterio musicale. Allo scopo pertanto si dovette elaborare un congegno di distribuzione, vera e principale novità dello strumento. di elevata complessità meccanica.

Trasfonnando lo strumento pastorale in qualcosa di più sofisticato, restava comunque fattore comune l'alimentazione ad aiia compressa e la distribuzione comandata della stessa ad una detenninata canna in modo da ottenerne precise note sonore. La soluzione di per sé non difficile , trattandosi di alimentare delle canne per lo più metalliche, di stagno o di bronzo, con dei piccoli condotti di aria compressa, prodotta da un paio di mantici. con una serie di apposite chiavette. La difficoltà di un congegno siffatto era, se mai, quella relativa da una parte alla lentezza dei comandi e dal1' altra ali' ampia escursione del la pressione. Quest 'ultima, infatti, dipendeva dal minore o maggiore prelievo d'aria delle canne, funzione a sua volta del brano musicale e del suo volume. Nei casi peggiori da un certo momento la pressione diventava insufficiente: Ctesibo trovò la soluzione, da allora in sostanza immutata. 19>

Utilizzando come mantici una coppia di cilindri con stantuffi, azionati alternativamente con apposite leve, dopo le valvole di non 1itomo mandò i due tubi ad una sorta di campana posta all'interno di un serbatoio parzialmente colmo d'acqua. Dalla campana usciva un terzo tubo che portava l'aria alla tastiera, da dove era distribuita tramite tasti e chiavette alle canne. Agendo sui mantici ali' interno della campana la pressione del!' aria aumentava , il che determinava l'abbassamento del livello dell'acqua 11 prelievo, invece, provocava la riduzione della pressione e il conseguente inna lzamento del livello. L'acqua, pe1tanto, variando il suo livello , manteneva la pressione sostanzialmente costante, per cui si compo1tava da stabilizzato re, un po' come la scatola delle pompe a doppio effetto . Nella fattispecie corrispondeva alla grossa vescica della cornamusa, che con lo schiacciamento del braccio sinistro eroga sempre la medesima pressione.

264

264. Ricostruzione virtuale di organo ad acqua di Ctesibio.

265 -266 - 267. Mosaici e bassorilievi di epoca romana raffiguranti organi ad acqua, dei quali sono ben evidenti i cilindri per la compressione dell'aria.

265 267

POMPA A VITE SE:\'ZA Fll'ìE

Più NOTA COMI, 'VITE Dl ARCIHMEDF' COSTJTUISCI:: l,NO DEJ COI\GEG'\O PIÙ RICCO DI DERl\:A710~1 TRA

LE QLALI, TA'>:TO PER CITARNE ALCU'1f, LA COCU A

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SMISSIONE EPICICLOIDALI::. ALL.L"NIZIO H.1 ll\1PJEGAT\

PFR EVACUAR!:. L'ACQUA DAGLl SCAFI, 1\4.PIEGO

IDl::ALI::. PER LA BASSA PREVALENZANECESSARIA.

Quando il disii\ elio da superare era minimo. come ad esempio quello fra la superficie di un corso d'acqua e il teneno adiacente o l'intemo scafo e il ponte dicoperta. esisteva un altro tipo ancora di pompa a fun7ionamento continuo: la coclea o vite di Archimede. A voler soltanto per sommi capi ricordare alcune delle odierne derivaL.ioni da quel congegno appare un elenco lunghissimo: si\ a dai piccoli elettrodomestici in cucina. come il tritacarne o la trafila per la pasta, ai grandi impianti di sollevamento idrovoro, alle trivelle, ai compattatori. ai Lorchi.

Non si aveva un preciso riscontro della sua effettiva presenza nell'antichità fino alla scoperta di un affresco di Pompei che la raffigura dettagliatamente in funzione: ed appare probabile che fosse già da molto tempo nota agli egiziani. Consisteva, per grandi linee, in una chiocciola o vite senza fine, collocata all'interno di un cilindro. Non a caso secondo la tradizione fu copiata proprio dal guscio dell·umile lumaca. forse da Archita e poi perfezionata da Archimede. Il criterio della vite, trovò ampie applicazioni anche in meccanica come organo di trasmissione e di incremento delle forze: tra gli esempi più noti i torchi rinvenuti a Pompei, a singola o a doppia vite, e molti ferri chirurgici, propriamente definiti divaricatori. La vite. quindi dopo essere stata im·entata si diffuse senza però divenire, paradossalmente, quello che invece è oggi per antonomasia: un organo di giuntaggio meccanico!

Tornando alla coclea. o chiocciola, di Archimede, se posta in rotazione con una estremità immersa, l'acqua saliva al suo interno per continua caduta, come acutamente osservò già Leonardo da Vinci, scendendo sempre. fino a fuoriuscire dalrestremità superiore del tubo. Yitruvio ci ha lasciato un dettagliato ragguaglio s ull a maniera di costiu irla . 20 l Grazie a ll a sua semplicità e affidabilità conobbe ampia ado/ione soprattutto in agricoltura: la sua validità trova conferma nell'essere ancora adoperata. in Egitto e senza alcuna alterazione, fìno a pochi anni fa.

268. Spernlum Pompeiano.

269 Fossile di gasteropode con guscio a strutrura in terna elicoidale

270 Schema per la costruz ione d i una coc lea. come indica to da Vi cru v io

27 I. Coclea di Arch im ede pe r uso irr iguo. ancora usata in Med iorie nte.

272. Sche ma d i fu n zionamen to della coclea come pompa idraulica .

273. Coclea ad ibita ad el ic a n ava le

274. Coclea imp iegata in una trivella in fase d i escrazio ne.