Meccanica

Almeno fino alla metà dell'Ottocento, le esperienze di meccanica, insieme a quelle di elettricità, rappresentarono l'asse portante delle lezioni dimostrative per il ruolo concettuale preminente che veniva attribuito a questa disciplina. Nel registro del 1828, per esempio, su 309 strumenti, circa 80 sono destinati alla sola meccanica a cui fanno da corollario balistica e idrostatica.

Lo stesso ruolo veniva del resto attribuito alla esposizione 'teorica' della disciplina nei manuali dei corsi introduttivi di fisica, poiché la meccanica veniva ritenuta la scienza modello su cui erigere, usando una metafora cara ai fisici ottocenteschi, l'intero edificio della filosofia naturale. Questa tendenza a considerare in chiave meccanica i fenomeni naturali ha radici antiche che si rifanno alla scienza ellenistica, vengono rafforzate nel Cinquecento ed elette a spiegazione modello sulla base della solida tradizione della meccanica razionale per tutto l'Ottocento, quando si affermerà ormai una concezione meccanicista dell'universo a tutte le scale di osservazione e in tutti gli ambiti fenomenici.

Sfogliando i manuali ottocenteschi dei corsi introduttivi di fisica,  i temi ricorrenti riguardano dunque le leggi dell'equilibrio e del moto dei corpi solidi, le leggi dell'accelerazione dei gravi in caduta libera e lungo piani inclinati, la composizione dei moti e delle forze, le forze centrali e le leggi di Keplero, le forze centrifughe, le oscillazioni dei pendoli. Dopo la seconda metà del secolo, entrano a far parte della teoria anche gli urti e le prime considerazioni energetiche estese all'attrito. Ciascun argomento è accompagnato da esperienze che non sono applicazioni in senso stretto della teoria ma parte integrante di questa, dal momento che i processi di astrazione  si concretizzano ancora in casi particolari. Così, accanto ai temi esposti compare un armamentario tipico e comune a tutti i laboratori dell'epoca, che figura puntualmente anche nel Teatro Fisico e più tardi nel Gabinetto Fisico della Sapienza.

Nel catalogo del 1794 prevale l'uso di modelli e di riproduzioni in scala ridotta delle principali macchine impiegate nella tecnica: troclee, torchietti, argani, leve, viti, cunei, trombe, ecc.; sono inoltre presenti il piano inclinato di Galileo con relativo dispositivo per la misurazione del tempo, "macchine rotative" per le forze centrifughe, macchine per la composizione dei moti e per l'individuazione del centro di gravità, pendoli, bilance e strumenti geometrici quali squadre, arcipendoli, livelle, compassi. Nel catalogo del 1828 compare già un bell'esemplare di macchina di Atwood e qualche anno dopo la macchina di Morin, due costanti nei laboratori didattici dell'epoca.

Tra le bilance conservate nel Museo troviamo "una gran bilancia idrostatica di ottone" realizzata dal macchinista Felice Morelli nel 1816, una bilancia di precisione costruita da A. Scateni di Urbino, oltre a varie bilance della ditta Rueprecht di Vienna, di Gambey di Parigi, e delle Officine Galileo di Firenze. E' dello stesso periodo un bel pendolo doppio di Righi per mostrare la composizione di moti armonici. Molto più antichi sono invece l'orologio a pendolo di compensazione e l'orologio elettrodinamico.

In tutti i laboratori  era inoltre annessa una officina di "meccanica pratica" dove venivano sistemati gli "istromenti per la fabbricazione delle macchine": torni, comparatori di lunghezze, macchine a dividere, ecc. Degli strumenti sopravvissuti nel Museo presentiamo un comparatore della fine dell'Ottocento e due macchine a dividere degli anni Venti. Della parte riservata alla metrologia mostriamo infine i campioni del metro e del litro, risalenti al 1870.

 

 

Macchina di Atwood Macchina di Morin Orologio a pendolo compensatore Orologio elettrico

 

Pendolo doppio di Righi Bilancia di precisione Bilancia idrostatica

 

Comparatore di lunghezze Macchina a dividere circolare Macchina a dividere lineare

     

 

Approfondimenti

LE UNITA' CAMPIONE

La definizione del metro campione come la quarantamilionesima parte del meridiano terrestre risale al 1791 e fu il risultato delle attività di una commissione di studio composta da C. Borda, A. Condorcet, G. L. Lagrange, P. S. Laplace e G. Monge, incaricati dall'Assemblea Costituente francese di stabilire le unità campione di lunghezza e di procedere alla standardizzazione delle varie unità di misura. Rappresentò inoltre il primo atto formale che portò all'adozione del sistema metrico decimale, entrato in vigore in Francia e nell'Impero francese nel 1801 ma affermatosi  faticosamente molto più tardi.
In Italia, per esempio, si procedette a una standardizzazione delle unità di misura e all'adozione del sistema metrico decimale solo dopo la costituzione del governo nazionale, nel 1860, e a livello europeo il Regno Unito ha aderito al sistema decimale, e per conseguenza al Sistema Internazionale, solo dopo il 1963. Negli USA si continuano a usare a tutt'oggi anche i sistemi di misura inglesi.

Alla prima definizione del metro, del 1791, si ricollega la lunga campagna di misure finalizzata alla determinazione della lunghezza dell'arco di meridiano, tra Dunkerque e Montjuich in Spagna, che contribuì a far maturare la ricerca in metrologia e a raffinare la strumentazione geodetica e astronomica. Con legge del 18 germinale anno III (1795) fu deciso di adottare per le lunghezze il metro con i suoi multipli e sottomultipli decimali, per le aree e i volumi, rispettivamente, il m2 e il m3, con relativi multipli e sottomultipli (in particolare, il litro per i volumi), per le masse il kg, corrispondente alla massa di un litro di acqua distillata a 4°C. Quattro anni dopo fu stabilito che il campione di platino del metro fosse conservato nel Museo di arti e mestieri di Parigi come prototipo. Come è noto, le unità campione vengono ormai stabilite con metodi completamente diversi, in particolare con metodi spettroscopici, sicché gli antichi prototipi conservano solo valore storico.

Nel seguito vengono presentati  alcuni campioni del metro e del litro conservati nel Museo. Nel Registro Inventariale del Regio Istituto sono riportati anche un esemplare di kg campione, di H. P. Gambey di Parigi, proveniente dalla collezione Volpicelli, e un altro di L. J. Deleuil di Parigi, proveniente dalla collezione Blaserna, che non figurano più nell'attuale dotazione del Museo.

Metri campione Litro campione

METRI CAMPIONE

Questo bell'esemplare di metro campione in ottone reca inciso Mètre, Dilatation du métal pour un degré centigrade 0m000019129, e a sinistra la firma Gambey à Paris, rispondente a Henri Prudence Gambey (1789-1847), uno dei più abili e famosi costruttori francesi di strumenti di precisione della prima metà dell'Ottocento.
Il regolo presenta tacche al cm e, per i primi dieci cm a sinistra, al mm. La custodia di legno riporta al suo interno un certificato di conformità con le seguenti informazioni:

"Renseignements relatifs au mètre de platine et au mètre de laiton dont l'identité, avec le mètre ci-joint, e été constatée par procès-verbal. La comparaison du mètre type de laiton avec le mètre en platine, établi confermément à la loi du 7Abril 1795 (18 Germinal an 3), ayant été effectuée à la température de la glace fondante, point de départ amis pour la détermination du mètre, ces deux mesures ont été reconnues identiques à cette température. Le mètre de laiton ci-joint portant l'indication de sa dilatation linéaire pour un degré du thermomètre centigrade, sa longueur vraie peut ainsi etre constatée à toute température".

Il metro campione è riportato nella sezione I del Registro Inventariale del Regio Istituto Fisico con il numero 2, proveniente  dalle collezioni dell'antico Teatro Fisico della Sapienza.

H.P. Gambey, Parigi; Teatro Fisico della Sapienza, Roma; 1820 ca.

In una custodia in  legno sono conservate tre barre in ottone, due delle quali argentate, di un metro di lunghezza con divisioni al mm. L'ultima tacca della scala, da entrambe le estremità, è divisa in cinque parti. Le barre venivano impiegate per tarare altri metri, con l'impiego eventuale di un comparatore di lunghezze e di una macchina a dividere. 
I tre metri campione provengono dalla collezione Volpicelli e sono registrati nella sezione I del Registro Inventariale del Regio Istituto Fisico con il numero 2.

Nel Museo è conservato un altro metro campione, di ottone, con la parte centrale in lega argentata, in custodia di legno. Su un bordo del metro figura la stampigliatura "NAK 1887"; il campione è registrato con il numero I-2 ter nel Registro Inventariale del Regio Istituto Fisico. Un altro esemplare, privo di segni di riconoscimento, riporta il numero I-2 bis.

H. P. Gambey, Parigi; Teatro Fisico della Sapienza, Roma, 1820 ca.; Dimensioni della custodia 124x21x2,5 cm

 

LITRO CAMPIONE

Si tratta del classico cilindro di capacità di un litro, chiuso superiormente da un disco di vetro opaco di diametro un po' maggiore di quello del contenitore.
Riempiendo il cilindro fino all'orlo e premendo la superficie libera del liquido con il disco di vetro per eliminare gli eccessi di volume dovuti alla tensione superficiale, si ottiene esattamente la capacità di un litro.

Il cilindro è di ottone, verniciato con brasolina dorata e reca inciso, oltre alla unità di misura di riferimento, il nome del prestigioso costruttore di strumenti parigino Henri Prudence Gambey (1789-1847).
Il campione proviene dalla collezione Volpicelli ed è riportato nella sezione I del Registro Inventariale del Regio Istituto Fisico con il numero 13.

H. P. Gambey, Parigi; Teatro Fisico della Sapienza, Roma, 1820 ca.; 11x11x20 cm

 

(M. Grazia Ianniello)