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Il laboratorio

Notizie sugli strumenti scientifici dell'epoca

Un piccolo laboratorio di meccanica di meta Ottocento

I padri scolopi dell’Osservatorio Ximeniano per la loro attivita di insegnamento, di progettazione e di costruzione nel settore della meccanica si servivano di laboratori ed officine gestiti a piccoli costruttori ed artigiani. Solo in casi particolari, come appunto quando si tratto di costruire il motore di B & M, si rivolsero a ditte di dimensioni maggiori. Gli artigiani ai quali p. Antonelli e p. Cecchi facevano piu spesso riferimento erano Corrado Wolf, Galgano Gori e Giustino Paggi che avevano le loro officine nelle vicinanze (Giustino Paggi addirittura in via Martelli, accanto alle Scuole Pie). Per altro all’interno delle Scuole Pie e dello Ximeniano si puo immaginare che si trovassero alcune macchine e strumenti di misura per eseguire semplici sperimentazioni: tra le macchine un tornio, una piccola pressa, un cric, qualche ingranaggio, tra gli strumenti di misura un freno di Prony, un dinamometro a molla, un manometro di Bourdon, un tribometro. Erano questi gli apparecchi di uso piu comune.

Barsanti e Matteucci eseguirono le misure sul loro motore all’interno dell’Osservatorio, in parte consigliati e diretti dai pp. Antonelli e Cecchi.

Uno dei principali obbiettivi della sperimentazione riguardava la valutazione dell’intensita dell’impulso prodotto dalla detonazione dei miscugli gassosi e la misura della corsa verticale dello stantuffo dopo l’esplosione. Anche in questo caso l’aiuto di p. Cecchi fu fondamentale. Non bisogna dimenticare che p. Cecchi, oltre ad essere un genio della meccanica, aveva salde conoscenze di chimica, ed aveva scritto sulla materia un libro di largo uso per le scuole. Le piccole quantita d’idrogeno necessarie a fare le miscele di idrogeno ed aria venivano preparate in recipienti di piombo dove dell’acido solforico era fatto reagire con trucioli di zinco immersi in acqua.

Le misure piu interessanti erano quelle meccaniche. Il Manoscritto Ximeniano accenna a prove di resistenze parassite ed a misura di potenza erogata dal motore, misure fatte sicuramente con volani di varie dimensioni e masse, con il freno di Prony e con il dinamometro. Per la determinazione sperimentale della corsa dello stantuffo libero nel cilindro e per la misura della durata del movimento verticale Barsanti e Matteucci ricorsero al cilindro registratore di Morin, fatto costruire appositamente per loro dai pp. Antonelli e Cecchi. Il cilindro di Morin in questione, e tuttora conservato tra gli strumenti antichi dell’Osservatorio Ximeniano.

 Arthur Morin (Parigi 1795-ivi 1880), direttore del Conservatoire des Arts et Metiers presento il 7 gennaio 1850 all’Academie des Sciences di Francia la sua macchina o “apparato ad indicazione continua” da lui ideata fin dal 1838, prefezionando una precedente idea di Poncelet. Una descrizione minuziosa si trova nel suo libro Lecons de mecanique pratique. Notions fondamentals de mecanique  ( pp. 86-93, II edition, Hachette, Paris 1855). Il tamburo di Morin segna una data importante nella storia della scienza, perche rappresenta il primo strumento di registrazione abbastanza esatto. In alcuni casi permetteva di distinguere fino ad un millesimo di secondo, misurando molto accuratamente le velocita.Replica Rolex Explorer 1

L’apparecchio era costituito da un cilindro di legno, sospeso tra due punte verticali poste sul prolungamento dell’asse alle due estremita del cilindro. Gli attriti che si opponevano alla rotazione attorno all’asse verticale erano ridotti al minimo. La rotazione era prodotta da una corda che si srotolava nella gola di una puleggia fissata sull’asse di rotazione. La due estremita della corda passavano attraverso le gole di due piccole pulegge ed erano fissate a due corpi di massa diversa che si muovevano verticalmente. Il meccanismo di caduta del corpo di massa maggiore era simile a quello della macchina di Atwood, solo che questa volta l’energia di caduta era parzialmente trasformata in energia di rotazione del cilindro. Usando opportunamente masse di valore diverso si potevano ottenere valori differenti della velocita di rotazione. La differenza di massa dei due corpi avrebbe dovuto produrre un moto accelerato, ma le resistenze passive, anche artificialmente introdotte con un piccolo volano con alette, equilibravano la forza motrice in maniera che le rotazioni avvenivano con velocita angolare costante.

Sulla superficie del cilindro veniva avvolto un foglio di carta sul quale una punta scrivente, collegata rigidamente ad un corpo in movimento traslatorio verticale, lasciava il segno della curva risultante dalla composizione dei moti di rotazione del cilindro e di traslazione del corpo.

Il freno di Prony permetteva di valutare, con forze peso note, le forze resistenti, o di attrito, che riescono ad annullare il lavoro fatto dalle forze attive di una macchina.

Specialmente sulla misura delle forze di attrito i pp. Scolopi dell’Osservatorio Ximeniano avevano una lunga tradizione di ricerche, iniziata con gli studi di Leonardo Ximenes, contemporanei a quelli di Augustin de Coulomb.

Apparecchio in uso verso la meta dell’800 per la produzione di idrogeno.

ALCUNI OGGETTI DEL LABORATORIO

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Pistola di Volta utilizzata da p. Barsanti nelle sue esperienze presso il collegio S. Michele di Volterra. P. Barsanti aveva costruito l’apparecchio utilizzando un cilindro in lamiera di rame con una base sormontata da un collo dello stesso metallo chiuso da un tappo di sughero che aveva la funzione di valvola di sicurezza.;

l’altra base era costituita da una membrana elastica. Il cilindro veniva riempito con una miscela di aria ed idrogeno che veniva incendiata mediante una scarica elettrica fatta scoccare nel suo interno per mezzo di una sbarretta di ottone isolata dal cilindro e terminante con due sferette di ottone. Durante l’esplosione Barsanti faceva notare agli allievi che la membrana subiva uno spostamento. Lo strumento realizzato da Barsanti e tuttora conservato presso il Comune di Volterra.

 Rocchetto di induzione costruito a Parigi nel 1852 dal famoso costruttore  (Gabinetto di Fisica del Liceo Machiavelli di Lucca). Le Scuole Pie di Firenze conservano nel loro gabinetto di fisica alcuni rocchetti di Ruhmkorff dello stesso periodo. Forse essi furono utilizzati anche da Barsanti e Matteucci durante le esperienze eseguite nell’Osservatorio Ximeniano.

 Apparecchio per formare l’idrogeno. Le prime esperienze di Barsanti e Matteucci furono condotte con “idrogene” e aria atmosferica e successivamente con “idrogene e ossigene”. Lo strumento, attualmente conservato nel Gabinetto di Fisica del Liceo Machiavelli di Lucca, faceva parte del gabinetto privato di fisica di Carlo Ludovico di Borbone, duca di Lucca.

 Altro apparecchio per la formazione dell’idrogeno (Gabinetto di Fisica del Liceo Machiavelli di Lucca). Lo strumento veniva utilizzato in laboratorio per produrre l’idrogeno con il quale venivano caricati gli eudiometri. Anche questo apparecchio faceva parte in origine del gabinetto privato di fisica di Carlo Ludovico di Borbone, duca di Lucca.

 Cilindro registratore di Morin utilizzato da Barsanti e Matteucci nelle loro prime esperienze a Firenze presso l’Osservatorio Ximeniano ).

Per la determinazione sperimentale della corsa dello stantuffo libero nel cilindro e per la misura della durata del movimento verticale Barsanti e Matteucci ricorsero al cilindro registratore di Morin, fatto costruire appositamente per loro dai pp. Antonelli e Cecchi. Il cilindro di Morin in questione e tuttora conservato tra gli strumenti antichi dell’Osservatorio Ximeniano.

 Freno di Prony. Il freno di Prony permetteva di valutare, con forze peso note, le forze resistenti, o di attrito, che riescono ad annullare il lavoro fatto dalle forze attive di una macchina.

 Il Manoscritto Ximeniano. L’importantissimo documento, conservato negli archivi dell’Osservatorio Ximeniano, scritto presumibilmente verso la fine del 1863 o inizio 1864, inizia con ben nota frase: “ Il P. Eugenio Barsanti delle Scuole Pie, ripetendo ai suoi scolari di fisica nel collegio di Volterra l’esperienza della famosa pistola del Volta, concepiva nel 1843 l’idea di applicare come forza motrice l’espansione di un miscuglio composto di gas idrogene e di aria atmosferica incendiato dalla scintilla elettrica”. Il Manoscritto Ximeniano  ripercorre tutte la fasi salienti delle esperienze condotte da Barsanti e Matteucci all’interno dell’Osservatorio sul motore a scoppio

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