I Meccanismi, le macchine e la nascita della Statica

1. Ingranaggi e Meccanismi Macchine da cantiere Gli ingegneri del rinascimento Leonardo e le sue invenzioni I Meccanismi, le macchine e la nascita della Statica

2. Ulteriori sviluppi • In realtà questa tradizione tecnica si consolida e per certi versi procede indipendentemente dalle teorie e dai modelli scientifici fino al Rinascimento ed oltre • Alcune di queste invenzioni riguardano • strade romane appartenenti al IV secolo a.C • mulino ad acqua, apparso in Asia Minore nel 250 a.C. • Vite senza fine, riconducibile ad Archimede del 250 a.C. • Astrolabio, inventato da Ipparco da Nicea, 160 a.C.

3. Ulteriori sviluppi /2 • Turbina a vapore, usata da Erone di Alessandria, 60 a.C. • opere edilizie romane, del 27 a.C. • gru e ingranaggi moltiplicatori ( Vitruvio), 10 a.C • bussola magnetica, apparsa in Cina nel 271 d.C. • Mulino a vento, apparso in Persia nel 650 d.C • Forbici a due lame, 900 d.C. • bilanciere per orologi del 1275 d.C. • occhiali, apparsi in Italia nel 1286 d.C. • Cannoni, 1346 d.C.

4. Mulino ad acqua

5. Ingranaggi descritti da Virtuvio

6. Ingranaggi e ruote di frizione Seq 32- cd10 A) I meccanismi sono basati su poche e semplici regole e consentono di trasformare un moto di un certo tipo, in un moto di un altro tipo. B) L’aggiunta di un motore ad un meccanismo, consente di costruire una macchina. Il motore fornisce al meccanismo l’energia che gli consente di muoversi C) Consideriamo a tale scopo una sbarra che si muove orizzontalmente ed una ruota con centro fisso che rotola senza strisciare su una sbarra. Un meccanismo di questo tipo può essere utilizzato per trasformare un moto di rotazione in un moto di traslazione e viceversa. D) Le ruote di frizione sono un meccanismo realizzato con due ruote con centro fisso ed in contatto l’una con l’altra. Il meccanismo viene utilizzato per aumentare o diminuire le velocità di rotazione. E) Le ruote di frizione possono essere realizzate in molti modi. Per esempio adoperando ruote dentate oppure utilizzando viti senza fine.

7. Gru Seq 33- cd10 A) Può essere opportuno, in alcuni casi, poter cambiare non solo la velocità di rotazione, ma anche la direzione di rotazione. In tal caso si usano i giunti. B) I giunti, costituiti da aste rotanti attorni al proprio asse, terminano con delle scanalature. Le scanalature possono essere ortogonali all’asta, consentendo di variare il verso del moto. C) Oppure le scalanature possono essere incise su un piano trasversale rispetto all’asse di rotazione, cambiando in questo modo la direzione del moto D) Ruote di frizione, ingranaggi e macchine semplici possono essere utilizzati opportunamente per costruire meccanismi utili. E) Ad esempio consideriamo l’argano utilizzato dal Brunelleschi nella costruzione della cupola di Santa Maria del Fiore a Firenze. Un cavallo muove una vite senza fine collegata tramite un giunto ortogonale ad un verricello che é utilizzato per sollevare un peso.

8. Video sulle Gru

9. Biella-Manovella Seq 34- cd10 A) Come ultimo esempio di ingranaggio, consideriamo la biella e manovella. Questo ingranaggio consente di trasformare un moto di rotazione in moto periodico e viceversa. B) Una ruota é libera di ruotare attorno al suo centro; ad un suo punto, diverso dal centro é fissata un’asta tramite una cerniera cilindrica, C) mentre l’estremo dell’asta é fissata, tramite un’altra cerniera, ad un’asta libera di scorrere su un binario. D) Quando si attiva il meccanismo, il moto di rotazione dell’asta diventa un moto periodico di traslazione dell’asta sul binario. E) Ad una rotazione completa della ruota, corrisponderà un periodo del moto della sbarra

10. Video sistema Biella-Manovella

11. Motori Seq 23- cd10 A) Un motore fornisce energia ai meccanismi assieme di una macchina. B) Come abbiamo visto nel terzo cd, un motore trasforma energia di un certo tipo in energia di un altro tipo. C) La prima forma di energia utilizzata dall’uomo é l’energia animale. I primi meccanismi venivano attivati da animali o da uomini. D) Per esempio la seguente macchina, progettata da Galileo, é azionata da cavalli E) Buoi sono utilizzati per sollevare i carichi F) uomini sono utilizzati per muovere i remi in una canoa o barca

12. Video sui motori

13. Tipi di motore Seq 24- cd10 A) Tipi di motori molto utilizzati trasformano l’energia potenziale in energia cinetica, di traslazione o di rotazione. B) Ad esempio, le balestre e le catapulte, utilizzano motori che trasformano l’energia potenziale della molla in energia cinetica C) I mulini ad acqua utilizzano l’energia cinetica delle particelle d’acqua per trasformarla in energia cinetica di rotazione di corpi rigidi, mentre i mulini a vento o le vele utilizzano l’energia cinetica del vento per trasformarla in energia cinetica di rotazione o di traslazione di corpi rigidi D) Gli orologi a pendolo utilizzano l’energia potenziale di un peso e la trasformano in energia di rotazione di corpi rigidi E) I motori termici trasformano il calore in energia meccanica.

14. Video sui tipi di motore

15. Lo sviluppo delle macchine nel rinascimento • Un notevole sviluppo dei meccanismi e delle macchine avvenne nel Rinascimento. • Particolarmente significativi furono: • Le macchine da cantiere del Brunelleschi • Le macchine progettate da Leonardo • I contributi allo sviluppo dell’orologio meccanico di cui parleremo diffusamente nella lezione successiva