I prinicipi - Conferenza dei Presidi delle Facoltà di Ingegneria

Storia della meccanica
I principi
prof. Edoardo Rovida
I principi
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Cos’è la Meccanica
Importanza della meccanica
Perché la storia della meccanica
Evoluzione storica di soluzioni costruttive
Cos’è la meccanica
• Autore ignoto della Scuola Peripatetica(280
a.C.)
• Newton(1687)
• Kirchhoff(1876)
• Maggi(1896)
• Mach(1901)
Autore ignoto della Scuola
Peripatetica(280 a.C.)
• Mechanicha Problemata: Mechaniché è la
parte della Techné che assiste l’uomo nel
produrre effetti per lui vantaggiosi, ma
contrari alla natura
• Ad esempio: la leva consente di sollevare
un grande peso con un piccolo sforzo
Newton(1687)
• La scienza dei moti che risultano da forze
qualsiasi e delle forze che sono richieste da
ciascun moto
Kirchhoff(1876)
Descrizione semplice e
completa dei movimenti
che avvengono in
natura
Gian Antonio Maggi(1896)
fisico e matematico(1856-1937)
• Descrizione del movimento e deduzione del
movimento dalle circostanze capaci di
determinarlo e dalle circostanze
determinatrici di un movimento supposto
Mach (1901)
• Osserva, in modo più preciso, che tutti i
fenomeni appartengono a tutti i rami della
Fisica. Ma, se nello studio del movimento,
sono trascurabili, ai fini del movimento
stesso, le variazioni termiche,
elettromagnetiche, chimiche, ecc., si cade
nella Meccanica
Importanza della meccanica
• Meccanica = protagonista della scienza e della
tecnica (La storia della meccanica è una delle
branche più importanti della storia della scienza
L. de Broglie – Premio Nobel 1929 per la Fisica)
• fra le scienze più antiche e legata ai gesti
quotidiani
• Fino al XVII secolo: si identifica con la Statica
• nel tempo si integra con elettrotecnica, idraulica,
pneumatica, elettronica, informatica
Alcune definizioni
• Scienza
• Tecnica
• Tecnologia
Scienza
• Lettura del libro della Natura(con Galileo)
Tecnica (in greco technè = arte)
• Applicazione della scienza alla risoluzione
di problemi pratici
• Insieme delle operazioni che modificano
l’ordine naturale delle cose
Tecnologia
• Armonia fra teoria e pratica che permette
all’ingegnere di progettare una struttura o
macchina per un dato scopo, senza bisogno
di copiare qualche esempio esistente e
adattare i suoi progetti a situazioni per cui
non vi è alcun esempio disponibile che offra
un confronto…[Rankine 1856]
Etica
• Mentre la scienza è conoscenza, la tecnica(e
la tecnologia) aumentano il potere
dell’uomo: si richiede, allora, un’etica che
indirizzi le azioni
Altre definizioni
• Scoperta
• Invenzione
• Innovazione
Scoperta
• Prima conoscenza di “qualcosa” che è
sempre esistito
Invenzione
• Introduzione di una tecnica, idea o progetto
iniziale
• In campo meccanico potrebbe sembrare semplice e
relativa ad un ambito limitato
• In realtà, la realizzazione di una macchina, anche
se apparentemente semplice, comporta concetti e
conoscenze ampie e trasversali
• Quindi: lo studio di macchine e meccanismi
consente di ripercorrere una parte notevole
dell’evoluzione del pensiero umano
Innovazione
• Applicazione di una tecnica o processo che porta a
riconoscere le potenzialità di un’invenzione ed a
sfruttarla praticamente
• È il cuore della trasformazione della società
attuale, aumentandone la produttività e l’efficienza
• Nell’antichità il progresso è stato lento anche per
la diffidenza verso l’invenzione e, quindi, alla
difficoltà di trasformare l’invenzione in
innovazione
Perché la storia della meccanica
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Preziosità
Cultura
Tecnica
Estetica
Etica
Formazione
Didattica
Economia
Preziosità
• I beni culturali, tutti, non sono ripetibili
• una volta distrutti, restano, al massimo
delle…..bellissime riproduzioni
Cultura(1): beni culturali
• prodotti dalla cultura dell’essere umano(in contrapposizione ai beni
naturali)
• possono essere:
• Materiali(fisicamente tangibili):macchine, edifici, strumenti
• Immateriali(fisicamente intangibili(lingue, dialetti, teorie scientifiche)
•
messaggi mandati dagli abitanti del passato a noi che, con una
decodifica, ricostruiamo il passato
• beni culturali scientifico-tecnici= chiave di lettura indispensabile per
ricostruire la storia della tecnica, dell’economia, del lavoro….(parti
non trascurabili della Storia)
Cultura(2)
• Unicità della cultura: scienza-tecnica ed
umanesimo ne sono due sfaccettature
• Cultura senza confronto con la scienza:
erudizione di altri tempi
• Formazione scientifica senza i valori
umanistici: puro addestramento
Cultura(3)
• Guardare al passato con attenzione critica e
riconoscere nei processi evolutivi la
condizione essenziale per una migliore
consapevolezza dello stato presente
• Condizione indispensabile per ogni
responsabile progetto del futuro
Cultura(4)
• Indispensabile, nella costruzione dei “saperi”
dell’ingegneria, un ambito culturale “teoria e
storia dell’ingegneria”
• Ingegnere: deve essere un protagonista di questo
processo di integrazione delle culture
• Qui: il tassello “storia della meccanica”
• Contributo ad “abbattere gli steccati” fra aspetti
diversi della cultura, senza però appiattimenti ne
nascondendosi le differenze
Mosaici di Piazza Armerina
Mosaici di Piazza Armerina
Carro della Valcamonica(ca 700
a.C.)
(animali da traino, costruzione di carri,…)
Tecnica
• Esame critico delle soluzioni costruttive del passato:
fornisce idee utili anche oggi
• idee del passato non sviluppate(magari per mancanza di
materiali e tecnologie adatte) possono essere riprese oggi
• esempi(timone di poppa, Cicerone, Leon Battista Alberti,
bicicletta di Leonardo, stilografica di Leonardo ,
Agronomi, Conservatoire di Parigi, disegni di Giuseppe
Belli, Luca Beltrami, schizzi di Vincenzo Lancia,
Associazione Agronomi)
Timone di poppa(“inventato” dagli
Egizi e “riscoperto” nel XIII secolo)
Cicerone (106-43 a.C.)
• Non conoscere quello che c’è stato prima di
noi significa restare sempre bambini
Leon Battista Alberti(1404-1472)
• …si sono conservati esempi di opere
dell’antichità, come teatri e templi, da cui,
come da insigni maestri, molto si può
apprendere...
Bicicletta di Leonardo(XVI secolo)
• Leonardo inventa una bicicletta molto simile a quella
attuale, con trasmissione a catena
• la trasmissione a catena, poi dimenticata, viene ripresa solo
a fine ‘800
Stilografica di Leonardo (XVI
secolo)
• Un disegno di Leonardo rappresenta una
penna molto simile ad una stilografica di
oggi
• Leonardo l’avrebbe anche realizzata(studi
calligrafici dimostrerebbero che il tratto è
continuo e non con le interruzioni
necessarie per intingere il pennino nel
calamaio)
Conservatoire di Parigi
• Il Conservatoire(primo museo scientificotecnico moderno - 1794-) era stato proposta
da Cartesio(XVII secolo) con l’idea di
presentare ai progettisti le evoluzioni della
macchine in ordine cronologico, per
stimolare la creatività dei progettisti)
Comte(XIX secolo)
• Per comprendere a fondo l’essenza di una
scienza, è necessario conoscerne la storia
Generatore elettrostatico “ad attuazione”
di Belli(1831)(anticipazione del “metodo delle freccie” –
individuazione dei materiali in sezione)
Apparecchio per esperienze
sull’elettricità voltiana di
Belli(1840)(anticipazione del “metodo delle freccie –
indicazione dei materiali in sezione)
Duplicatore di Belli(1838) (anticipazione
del “metodo delle freccie”)
Macchina pneumatica di
Belli(1827) (anticipazione della rappresentazione
schematica)
Scaricatore doppio di Belli ed
elettroscopio di Bohnenberger
(1838) (commistione di proiezioni ortografiche ed
assonometriche)
Strumento progettato da
Belli(1842)(approccio alla schematizzazione)
Disegni di fisica di Belli(1838)(spigoli
nascosti indicati con linee a tratti; indicazione dei materiali in
sezione)
Luca Beltrami [Per la difesa dei
nostri monumenti 1902]
• Facciamo un poco di economia nei richiami
retorici alla grandezza della Patria, alle sue
memorie, al suo passato; non risparmiamo,
invece, le nostre cure, le nostre forze per
custodire e trasmettere gelosamente i
testimoni della nostra grandezza
Proverbio portoghese
• Un Paese, come una pianta, diventa grande
se sa proteggere e conservare le proprie
radici
Sospensioni di Vincenzo Lancia
(ca 1920) anticipano soluzioni di 20 anni dopo
Brevetto Fiat(1926) (anticipa la sospensione
McPherson degli anni ’50)
Brevetto tedesco(1940)(sistema meccanico di
variazione di altezza da terra del corpo vettura)
Brevetto tedesco(1943) (sospensione
pneumatica)
Carrozzella per disabili
• Stephen Farfler (1655),
inventò la prima sedia a
rotelle direttamente
azionata dall’invalido ,
utilizzando un sistema ad
ingranaggi applicato alla
ruota anteriore e azionato
da due manovelle.
Carrozzella per disabili
• Il sistema di
autopropulsione viene
“dimenticato” e
ripreso solo con
l’introduzione degli
anelli di spinta (1881)
Dalla Associazione degli Agronomi
• Progetto senza memoria è utopia, memoria
senza progetto è sentimento nostalgico,
memoria e progetto senza aderenza alla
realtà presente è astrazione ed
elucubrazione mentale
Estetica
• Molte soluzioni costruttive del passato sono
di grande bellezza
• Ancora oggi ne è interessante e piacevole
l’osservazione
Estetica: scatola di compassi(XIX
secolo)
Estetica: completo da disegnatore
(XIX secolo)
Etica
• Dalle soluzioni costruttive del passato:
professionalità, abilità, deontologia
Etica (compasso di
proporzionalità(XVIII secolo)
eseguito da Butterfield, ingegnere di Luigi XIV
Formazione(1)
• Dalla storia: apprezzamento lati positivi
dello sviluppo, valutazione del lavoro che
c’è sotto ogni realizzazione, che oggi può
sembrare “banale”, valutazione corretta
dello sviluppo di oggi, che sarà rapidamente
superato
Formazione(2)
• Opportunità di insegnare la storia(bene i
corsi di cultura da 2.5 CFU al Politecnico di
Milano)
• Esperienza anche all’Università di Firenze
con il corso “Storia dell’Ingegneria”: più
generale , basato su cicli di conferenza a
tema specifico relativo a tutta l’ingegneria
Formazione(3)
• Vincenzo Monti “Al Signor di Montgolfier”
afferma che all’umanità, dopo essere
riuscita a “volare”, non rimane che… sedere
a tavola con Giove e bere con lui il nettare
dell’immortalità(siamo in epoca
neoclassica): una considerazione critica
della storia gli avrebbe evitato questa
ingenuità
Formazione(4)
• Scienza e tecnica(che hanno un ruolo dominante nella
realtà quotidiana) hanno di fatto un peso culturale modesto.
• 1907: rivista Scientia: tentativo di unificare il sapere
• La “vera” cultura è considerata, di fatto, quella
umanistica(primato dell’umanesimo affermato soprattutto
dalla riforma Gentile(1923)).
• La cultura scientifico-tecnica è spesso percepita solo come
la base per risolvere problemi pratici
• Gli scienziati, poi, non sempre sanno comunicare
in modo sufficientemente valido
Formazione(5)
• Molti dichiarano, quasi con civetteria, di
non avere mai capito il teorema di Pitagora,
ma non direbbero mai di non conoscere
Dante!
• Chiedendo a molti due grandi nomi della
cultura italiana del Novecento, è più facile
sentirsi rispondere Croce e Quasimodo,
piuttosto che Enriques e Natta
Formazione(6)
• Scienza e tecnica svolgono un ruolo
fondamentale nella vita di oggi(anche per
gli umanisti!) però hanno un peso culturale
modesto, sono considerate di importanza
fondamentalmente pratica
• Disinformazione scientifico-tecnica: fonte
di molti problemi e di molti incidenti
Formazione(6)
• Cultura senza scienza: erudizione di altri
tempi
• Formazione scientifica senza base
umanistica: puro addestramento
Didattica
• Soluzioni costruttive del passato: molto
semplici
• permettono di scoprire immediatamente i
principi
Economia
• Bene culturale = bene economico(merce di
scambio, turismo, creazione di nuove
professionalità)
Come fare la storia della meccanica
• Conservazione
• Utilizzo
Strumenti della conservazione
• Musei(oggetti)
• Biblioteche(documenti)
• Archivi(documenti)
Musei
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Artistici
Archeologici
Storici
Naturalistici
Scientifico-tecnici
Demoantrropologici
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Classificazione dei musei
scientifico-tecnici e
demoantropologici
Tradizionali
Tradizionali rinnovati
Specializzati
Diffusi
Per bambini
Universitari
Aziendali
Storia dei musei scientifico-tecnici
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Evo antico
Rinascimento
Seicento
Settecento
Ottocento
Novecento
Evo antico
• Concezione originaria del museo
• Tolomeo II Filodelfo
• Vitruvio
Concezione originaria di museo
• Casa delle Muse(raccolta di opere d’arte e
strumenti, allo scopo di conservare la
tradizione)
Vitruvio(1° secolo a.C.)
• Riconosce che, oltre ai valori dello spirito,
ci sono valori tecnico-scientifici di pari
dignità
Tolomeo II Filodelfo(3° secolo a.C.)
• Ad Alessandria d’Egitto istituisce il
Mouseion (insieme di biblioteche e di
collezioni di strumenti a disposizione degli
studiosi)
Rinascimento
• Wunderkammer(collezioni di proprietà di
principi e di eruditi, comprendenti
naturalia(animali, minerali, fossili) ed
artificialia(macchine, strumenti))
Seicento
• Wunderkammer milanese di Manfredo
Settala(figlio di Lodovico, protofisico della
peste manzoniana ed ispiratore della figura
di don Ferrante): 1751 passa
all’Ambrosiana e 1943 quasi
completamente distrutta dai bombardamenti
Unico pezzo rimasto della
Wunderkammer di Manfredo Settala
Settecento
• Il Conservatoire(primo museo scientificotecnico moderno - 1794-) era stato proposto
da Cartesio(XVII secolo) con l’idea di
presentare ai progettisti le evoluzioni della
macchine in ordine cronologico, per
stimolare la creatività dei progettisti)
• Cartesio, con i mezzi di cui disponeva,
realizza una “banca-dati”
Ottocento
• Nascono alcuni grandi musei scientificotecnici(spesso sotto la spinta traente delle
Esposizioni Universali): 1851 Science
Museum di Londra, 1873 Technisches
Museum di Vienna
Novecento: prima metà
• 1903: Deutsches Museum di Monaco
• 1953: Museo Nazionale della Scienza e
della Tecnica(ora Tecnologia) di Milano (si
inaugura con una grande Mostra
Leonardesca, per il 500° anniversario della
nascita di Leonardo)
Novecento: anni ‘70
• Nascono molti nuovi musei, soprattutto
specialistici
• Nascono i musei demoantropologici(agricoltura,
arti, mestieri)
• Si accentua il rapporto attivo con il visitatore
• Nascono gli Science Center(introduzione di massa
alla scienza; spettacolarità a volte eccessiva)
Novecento: anni ’80-’90
• Sviluppo( a volte eccessivo) della multimedialità
• Nascono i parchi tecnologici(insediamenti
concentrati di università, musei, centri di ricerca)
• Nasce il museo diffuso(sistema integrato di musei
specializzati e coordinati)
• Nasce l’ecomuseo, o museo
all’aperto(installazioni che ricostruiscono o
salvaguardano un ambiente, o una porzione di
territorio)
Importanza dei musei scientificotecnici
• Fanno formazione tecnica attraverso alla
conservazione
• Formazione tecnica: importantissimi non
solo per tecnici(è ovvio!), ma anche per non
tecnici(che sono utenti dei prodotti tecnici e,
quindi, devono avere competenze tecniche
per un uso corretto)
Evoluzione storica di soluzioni
costruttive
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Concetto generale
Definizione
Importanza
Procedura di realizzazione
Concetto generale
• Evoluzione : concetto positivo, con connotazione
di miglioramento: il “dopo” è meglio del “prima”?
• SI per la tecnologia (l’operare è immerso nel
tempo ed utilizza gli strumenti offerti dal tempo)
• NO per il pensiero che non scorre su binari
temporali (il pensiero è essenzialmente
atemporale)
Definizione
•
Raccolta di di soluzioni costruttive
significative in ordine storico ed in
relazione a:
1. Esigenze funzionali
2. Tecnologie e materiali disponibili
3. Eventi storico-culturali
Importanza dell’evoluzione storica
di soluzioni costruttive
• Raccolta di esempi significativi
• Collegati da un data-base
• Base per la progettazione moderna
Schema logico generale di
costituzione
Passi della realizzazione
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Delimitazione ambito
Ricerca fonti
Raccolta casi
Acquisizione
Restauro informatico
Realizzazione banca-dati
Collegamento immagine-banca dati
Organizzazione
Delimitazione ambito
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Soluzione costruttiva
Costruttore
Arco di tempo
Paese
Connotazioni costruttive
Ricerca fonti
• Musei(generali, specialistici, aziendali)
• Archivi
• Biblioteche
Raccolta casi
• Musei oggetti
• Archivi
• Biblioteche
fotografia immagini
immagini
immagini
Acquisizione
• Scansione
• Problema: le grandi dimensioni di certi
disegni
Restauro informatico
• Molti disegni originali sono
danneggiati(pieghe, umidità, macchie,
stazionamento in officina)
• Restauro informatico(può essere necessario)
Realizzazione banca dati
• Dati generali
• Dati dell’immagine(formali)
• Dati dell’oggetto(contenuti)
Dati generali
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Soluzione costruttive
Costruttore
Modello
Paese
Anno
Dati dell’immagine
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Disegno/fotografia
Disegno a mano/CAD
Disegno a mano: matita/penna
Disegno in b/n /colori
Disegno in proiezioni
ortografiche/assonometriche/prospettiche
Dati dell’oggetto
• Funzione generale
• Principi/soluzioni costruttive della funzione
generale
• Funzioni componenti
• Principi/soluzioni costruttive delle funzioni
componenti
Collegamento immagine/data-base
• A ciascuna immagine deve essere collegato
il proprio data-base
• Ogni voce deve essere una chiave d’accesso
Applicazione: Il progetto e la
memoria
• Archivio di 500 esempi costruttivi di
sospensioni (da fine ‘800 al 2002)
• Immagini associate ad data base(immagine
+ contenuto)
• http://ddg.mecc.polimi.it
Scheda data immagine(esempio)
Dati scheda sospensioni
Scheda sospensioni(esempio)
Dalla storia, l’innovazione
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•
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Funzione
Analisi dell’archivio
Elaborazione critica
Soluzione costruttiva finale
Criteri di elaborazione critica per
trarre l’innovazione dagli archivi
storici
• Astrazione
• Valutazione
Astrazione
Specific problem
Specific solution
Historical
archive
Historical specific
solution
General
principle
Funzione
• Sospensione con
variazione dell’altezza da
terra ottenuta con un
dispositivo semplicemente
meccanica
• Ispirazione da un esempio
storico
Posizione generale
problema(astrazione)
• Funzione: variazione altezza da terra
• Principio: variazione punto di appoggio
della molla al telaio
Astrazione: spostamento del punto di
vincolo della molla al telaio
Posizione specifica problema
• Funzione: sospensione a barre di torsione
con possibilità di variare l’altezza da terra
• Principio: rotazione sezione di incastro della
barra di torsione
Esplorazione dell’archivio
• Fissata una soluzione
costruttiva(barre di
torsione)
• Sezione dell’archivio con
un piano SC= barre di
torsione
• Esame soluzioni trovate
• Come realizzano(o
possono realizzare la
variazione di altezza ?)
Citroen(1937)
Maserati(1938)
Hanomag(1939)
Brevetto Porsche(1940)
Lagonda(1946)
Mathis(1946)
BMW(1951)
Chrylser(1957)
Plymouth(1957)
Fiat(1959)
Jaguar(1961)
Renault(1961)
Auto Union (1967)
Simca(1968)
Alfa Romeo(1972)
Lotus(1973)
Simca(1975)
Alfa Romeo(1983)
Soluzione innovativa(1)
Soluzione innovativa(2)
• Concetto generale:
variazione punto di
appoggio della molla
al telaio
• Attuazione con molla
di altro genere
Valutazione
• Vedere come le
soluzioni dell’archivio
“percorrono” il ciclo
di vita del prodotto
Dalla soluzione storica “migliore”,
elaborazione critica(sospensione
posteriore moto)
Evoluzione storica di soluzioni
costruttive
Approccio all’”indice” della storia
della bicicletta
Assedei
deitempi
tempi--INDICE
INDICE
Asse
Sumeri
Carro a
due ruote
in linea
6000 a.C.
1490
Leonardo
Disegno
tecnico
Michaux
Draisienne
Lawson
Pedali senza
leverismi
Movimento a
spinta
1818
1855
1839
Espansione
sul mercato
Trasmissione
a catena
1880
1870
Inizi 1900
1885
MacMillan
Ariel
Rover
Introduzione
pedali con leve
Grandi dimensioni
della ruota anteriore
Introduzione
gomme ad aria
Giorni
nostri
Ricerca orientata verso
materiali innovativi e
forme nuove
Approccio all’”indice” della storia
della pompa
CRONOLOGIA
1382-1458
1000 a.c.
1600
dal 1950 ad oggi
fine 1700 fine 1800
inizio 1800 1900-1950
287-212 a.c. 1492-1519 inizio 1700
Temi possibili
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Valvole, rubinetti
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Giunti
Ferrovie
Macchine utensili(in generale)
Macchine utensili specifiche(tornio, fresatrice,…)
Aliante
Velivolo più leggero dell’aria
Macchine per deformazione plastica
Teorie della resistenza
Verifiche a fatica
Metodi di progettazione
Sistemi di scrittura manuale
Trasmissione e trasformazione del moto
Cuscinetti
Molle
Giunti e innesti
Bulloneria
Sistemi per la trasformazione del moto
Sistemi di sterzatura
Sedili per autovettura
Robot
Passeggini per bambini
Compressori
Erpici
Macchine per movimento terra