Modello di regolatore di Watt.
Nell`inventario del 1912 al n° 853 di pag. 49 si legge: “Regolatore a forza centrifuga di Watt”.
J. Watt (1736 – 1819) inventò questo “governor” intorno al 1788 forse su suggerimento di M. Boulton.
Il regolatore di Watt serviva a mantenere costante il numero di giri della macchina a vapore agendo sul flusso del vapore.
Quando il numero di giri della macchina scendeva per un carico eccessivo, le due sfere si abbassavano e facevano aumentare il flusso del vapore aprendo una valvola a farfalla così da far aumentare il numero di giri del motore; viceversa quando il numero di giri aumentava troppo il flusso di vapore veniva ridotto.
Vedere un esempio di applicazione all’indirizzo:
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Steam_engine_in_action_(two-thirds_speed).gif
E qui in Immagini d’epoca, l’articolo:
La centrale termoelettrica nelle Officine dell’Istituto Montani ricostruita su una documentazione parziale da integrare. Di Fabio Panfili,
Se trascuriamo per ora l`azione della molla, il regolatore si basa sul concorrere di due forze: la cosiddetta forza centrifuga e la forza peso che agiscono sia sulle sfere visibili nelle foto, sia sui braccetti che sostengono le sfere.
Due modelli più semplici per la sua comprensione sono il pendolo conico e un tipo di giostra molto diffuso nel quale i ragazzi seduti su un seggiolino sono appesi mediante robuste catene alla giostra.
La forza centrifuga (diretta verso l`esterno) cresce con il prodotto del quadrato della velocità angolare moltiplicato per il raggio, mentre la forza peso (rivolta verso il basso) resta costante; pertanto le sfere tendono a sollevarsi allontanandosi dall`asse di rotazione (come si vede nel disegno) con un angolo di inclinazione la cui tangente è il rapporto tra la forza centrifuga e il peso.
In questo modellino in realtà entra in gioco anche la forza della molla che tende a contrastare il sollevamento delle sfere fino a bloccarlo quando la molla è tutta contratta. La molla agisce mediante i braccetti trasversi forniti di uno snodo con una forza verso il basso F = – K x (legge di Hooke) e quindi il suo effetto cresce con l`innalzarsi delle due sfere.
Le forze centrifughe si dicono apparenti, nel senso che appaiono solo in sistemi in rotazione.
Per intenderci meglio, facciamo un giro in giostra.
Mentre giriamo, sentiamo una forza che ci spinge verso l`esterno, diretta lungo il raggio; possiamo osservare che essa è più intensa in periferia che non vicino al centro e che agisce su tutti i corpi presenti sulla giostra, anche sugli oggetti che teniamo in tasca.
Un osservatore esterno però ci fornisce una versione molto diversa. Egli afferma che la nostra è solo una sensazione e che la vera forza che ci fa ruotare è diretta verso il centro ed è dovuta ai sostegni cui siamo appoggiati.
Se infatti noi lasciamo i sostegni, non veniamo proiettati verso l`esterno, ma piuttosto in avanti nel senso del moto, e contemporaneamente la forza che sentivamo scompare come per magia.
La giostra è un sistema di riferimento non inerziale, mentre il sistema in cui si trova l`osservatore si può, con una certa approssimazione, definire inerziale.
Del resto le forze centrifughe non rientrano nella classificazione delle forze: gravitazionali, elettromagnetiche forti e deboli, inter-quark.
La prima figura è a pag. 102 A Catalogue of Physical Instruments catalogue 17 L. E. Knott Apparatus Company Boston 1912, rinvenibile all’indirizzo:
https://archive.org/details/catalogofphyinst00knotrich?q=Catalogue+of+Physical+Instruments , e mostra come il modello era già usato nelle scuole dell’epoca.
Così come la figura 855 di pag 84 del Catalog M Physical & Chemical Apparatus May 1912, Central Scientific Company. Chicago. U.S.A . Rinvenibile all’indirizzo:
https://www.sil.si.edu/DigitalCollections/trade-literature/scientific-instruments/pdf/sil14-51680.pdf
Foto di Claudio Profumieri, elaborazioni, ricerche e testo di Fabio Panfili.
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