SCIENZE - MEZZI DI TRASPORTO - L'AUTOMOBILE

PRESENTAZIONE

Agli inizi del secolo scorso, il motore a vapore ideato da James Watt aveva iniziato a rivoluzionare il mondo dei trasporti. Nacquero le ferrovie e i primi battelli a vapore; non c'è quindi da stupirsi, se qualcuno pensasse già di montare un motore a vapore su una carrozza. Questa idea venne a Nicolas Joseph Cugnot, ingegnere francese, il quale nel 1760 stupì i parigini con la sua stranissima carrozza, con sole tre ruote e neanche un cavallo. La ruota motrice era l'unica anteriore e per questo motivo la caldaia era solidale con essa; lo sbuffante veicolo viaggiava alla modesta velocità di 4 chilometri all'ora, doveva fermarsi ogni quarto d'ora per rifornirsi e sterzare era faticosissimo.
Malgrado l'incomprensione che il pubblico generalmente dimostrava nei confronti degli inventori, questi si moltiplicarono e il tentativo di Cugnot venne presto ripetuto da altri; addirittura vennero organizzate le prime linee di trasporto pubblico su diligenze a vapore.
Tecnicamente quelle macchine erano delicate, pesanti, avevano un'autonomia breve e soffrivano dello stato delle strade percorse fino ad allora da cavalli, asini, buoi e altri animali da traino, ma mai da cavalli a vapore!
Quando questi autobus antesignani furono abbastanza perfezionati da funzionare con regolarità, offrendo al viaggiatore una certa sicurezza, le compagnie di diligenze, impaurite dalla concorrenza, convinsero il Parlamento inglese a votare una legge che prescriveva che un uomo a piedi con una bandiera rossa dovesse precedere il veicolo a vapore per avvertire i pedoni del suo arrivo.
Modello tridimensionale di carrozza da traino della fine dell'800

Modello tridimensionale di autovettura della fine dell'800

Modello tridimensionale di roulotte d'epoca

Modello tridimensionale di un autobus inglese del 1910

Modello tridimensionale dell'autobus parigino dell'800 modello Renault TN6C

NASCITA DELL'AUTOMOBILE

Le vetture terrestri sarebbero ancora trainate da cavalli se qualcuno non avesse inventato i motori a combustione interna. Infatti essi sono leggeri, utilizzano carburanti liquidi facilmente trasportabili e consumano relativamente poco: doti preziose per veicoli che hanno poco spazio utilizzabile.
In Germania Gottlieb Daimler perfezionò il motore Otto, ne montò uno su un biciclo e si mise a percorrere le strade della cittadina di Mannheim sul Reno, attirando l'attenzione della gente e provocando lo stupore di molti.
Krebs, un altro tedesco che lavorava per i costruttori parigini di vetture Panhard e Levassor, montò un motore Daimler su un veicolo a quattro ruote. Karl Benz, prima di associarsi anch'esso all'azienda parigina, fece lo stesso solo con un triciclo.
Il risultato del lavoro di Daimler, Krebs e Benz, fu una vettura con caratteristiche attuali: motore frontale a V sotto il cofano, sistema di raffreddamento ad acqua, trasmissione ad ingranaggi mobili, differenziali sui mozzi, molle elicoidali di sospensione al posto delle balestre. Anno di costruzione: 1894.
Schema del differenziale di autoveicolo

UN'AUTOMOBILE PER TUTTI

In breve esplose la follia delle automobili. Specie negli Stati Uniti, le persone più ricche le acquistavano come veicoli sportivi. I primi a sfruttare l'automobile come un mezzo di utilità sociale furono i medici condotti, che riuscivano a visitare tanti pazienti in un giorno quanti non sarebbero riusciti a visitarne in una settimana usando il tradizionale calesse.
Se i tedeschi furono gli inventori dell'automobile, gli americani trovarono la maniera di diffondere la nuova e rivoluzionaria macchina da trasporto.
Il primo a costruire una vettura a basso costo fu Ramson E. Odds. Egli pensava di riuscire a venderne a migliaia ma il progetto fallì miseramente.
Per giungere al primo successo commerciale bisogna attendere il genio di un uomo ancora oggi preso ad esempio dall'imprenditoria di tutto il mondo: Henry Ford.
Ford non solo ideò un'automobile molto efficiente e molto economica, ma escogitò anche una maniera per costruirne un numero enorme, in tempi brevi e con la minima spesa.
Nella sua fabbrica la produzione era organizzata in maniera tale che ogni operaio si specializzava nel compiere una sola operazione; una volta eseguito il suo compito l'automobile passava all'operaio successivo che a sua volta svolgeva la sua mansione. Cosi, pezzo dopo pezzo, la macchina veniva finita in tempi brevi e la produzione era pressoché continua. Ford aveva così inventato la catena di montaggio. Furono in molti a imitare il suo esempio, per produrre ogni genere di consumo.
Ma ritorniamo alle automobili. Ford vendette milioni delle sue vetture modello T e fondò un impero industriale che oggi ha le dimensioni di una multinazionale con un giro d'affari di centinaia di milioni di dollari: questo grande successo commerciale promosse l'automobile al rango di fenomeno sociale e di costume. Tutti volevano un'automobile e più soldi uno poteva spendere, più bella sarebbe stata la macchina: nacque così uno dei principali status symbol della nostra era.
Era la vera età d'oro dell'automobilismo: una persona era tanto più ricca quanto lunga e potente era la sua auto. Lo sviluppo tecnico fu tale che alcune delle macchine di quell'epoca non avevano niente da invidiare a quelle dei nostri giorni.
Auto alimentate ad idrogeno

Modello tridimensionale di coupé Cadillac degli anni '50

Modello tridimensionale di Porsche 911 Carrera

Modello tridimensionale di taxi Buick newyorkese degli anni '60

Modello tridimensionale di Bugatti da competizione

Modello tridimensionale di BMW 325i cabriolet degli anni '90

Modello tridimensionale di Bentley da competizione

Modello tridimensionale di Alfa Romeo 2300 da competizione

Modello tridimensionale di Chevrolet degli anni 50

Modello tridimensionale di Citroen DS

Modello tridimensionale di Citroen 2CV

Modello tridimensionale di Citroen XM

Modello tridimensionale di Ferrari F250

Modello tridimensionale di Ferrari F40

Modello tridimensionale di Fiat 500

Modello tridimensionale di Ford T12

Modello tridimensionale di Ford V8

Modello tridimensionale di Ferrari GTO

Modello tridimensionale di Lotus 107, usata in F1 dal 1992 al 1994

Modello tridimensionale di motrice per autotrasporto Renault Magnum

Modello tridimensionale di mini minor

Modello tridimensionale di SUV Nisan Patrol

Modello tridimensionale di Packard convertibile degli anni '20

Modello tridimensionale di Rolls Royce d'epoca

Modello tridimensionale di autovettura Trabant (DDR)

Modello tridimensionale di autocarro a 3 assi Mercedes

Modello tridimensionale di auto-gru d'epoca dei vigili del fuoco statunitensi

Modello tridimensionale di Volkswagen Maggiolino

Modello tridimensionale di Volkswagen Cmb Medium

Modello tridimensionale di Volkswagen Golf GTI (prima serie)

Modello tridimensionale di pickup Ford (1929)

Modello tridimensionale di dragster

Modello tridimensionale di Fiat da corsa d'epoca

Modello tridimensionale di Mercedes Classe A (prima serie)

Modello tridimensionale di Mercedes 600

Modello tridimensionale di autobus londinese a due piani

Modello tridimensionale di un moderno autobus per il trasporto urbano

COME È FATTA L'AUTOMOBILE

Tra le automobili di una volta e quelle moderne le differenze in fatto di materiali e di tecniche costruttive sono enormi. Tuttavia si può affermare che i concetti di realizzazione siano rimasti gli stessi.
Il "cuore" dell'automobile è il motore, che può essere a due, a quattro tempi oppure diesel; nel corso degli anni sono stati provati motori a turbina, ad aria compressa, a vapore e a polvere di carbone, ma nessuno di questi ha dimostrato di essere una valida alternativa al buon vecchio motore basato sul ciclo Otto (vedi "Motori a combustione interna").
Merita un'attenzione particolare il motore elettrico, di per sé il più efficiente; il solo motivo che ne impedisce la costruzione è l'eccessivo ingombro e peso di batterie che possano garantire una discreta autonomia.
Al motore sono collegati vari apparati di importanza capitale: il circuito di raffreddamento che provvede a smaltire l'eccessivo calore prodotto dal motore evitando il surriscaldamento delle sue parti. Un motore può essere raffreddato ad acqua o ad aria; nel primo caso, grazie ad una particolare pompa, l'acqua circola intorno al motore andando poi a raffreddarsi nel radiatore.
Un motore raffreddato ad aria invece è investito da una forte corrente d'aria provocata da un ventilatore, oppure avviene per semplice convezione. In molti casi la camicia del pistone è fornita di un'alettatura per aumentare la superficie di scambio del calore.
Il circuito elettrico è costituito: da una batteria che conserva l'energia elettrica; da un generatore mosso dal motore che ricarica la batteria; dalle candele che accendono la miscela aria-carburante nella camera di scoppio; dalle bobine che elevano la tensione della batteria perché la scintilla possa scoccare tra gli elettrodi delle candele; dallo spinterogeno, che serve a distribuire elettricità alle candele al momento giusto (quando cioè il cilindro è pieno di miscela aria - carburante). Inoltre il circuito elettrico di un'automobile comprende un impianto di illuminazione esterna (luci di posizione anteriori e posteriori, fari anabbaglianti e abbaglianti, fendinebbia anteriori e posteriori, luce targa, frecce di direzione, stop dei freni), un impianto di illuminazione interna (luci del quadro strumenti, luce di cortesia e luce cruscotto) e serve per alimentare i tergicristalli, lo sbrinalunotto e altri circuiti della vettura.
Un impianto di riscaldamento e ventilazione provvede alla circolazione dell'aria all'interno della vettura e alla climatizzazione della stessa durante la stagione fredda.
Le automobili più lussuose dispongono di un vero e proprio impianto di condizionamento, per evitare che gli occupanti soffrano il caldo durante le estati torride.
La strumentazione di bordo provvede ad informare il conducente sullo stato di funzionamento della vettura e sulla sua velocità.
I più comuni strumenti sono: il contachilometri, che segnala il numero di chilometri percorsi dalla vettura; il tachimetro, che indica la velocità; il contagiri, che misura il numero di giri del motore; un termometro, per misurare la temperatura dell'acqua di raffreddamento del motore; un manometro, per la pressione dell'olio e un amperometro, per misurare lo stato di carica della batteria.
Il motore è collegato alle ruote tramite l'albero motore che termina nella scatola del cambio, un complesso gruppo di ingranaggi che serve a ridurre il numero dei giri e, all'occorrenza, invertire il senso di rotazione. Il cambio può essere manuale (con leva del cambio) oppure automatico.
Quando il numero dei giri attraversa la scatola del cambio senza essere ridotto, allora si dice che il sistema di trasmissione è a presa diretta. Dalla scatola del cambio parte l'albero di trasmissione che termina nel differenziale, complesso di ingranaggi che, tra l'altro, regola la rotazione delle ruote nelle curve. Infine, dal differenziale partono i semi-assi che sono collegati alle due ruote motrici. Nel caso che le ruote motrici siano quelle anteriori, si parlerà di trazione anteriore, altrimenti di trazione posteriore; alcuni veicoli fuoristrada hanno tutte le quattro ruote motrici. Le ruote sono formate da un cerchione attorno al quale è montato il pneumatico.
Le ruote sono collegate a sospensioni, che assorbono gli urti dovuti al fondo stradale sconnesso e ad ammortizzatori che addolciscono l'azione delle sospensioni.
Per dirigere la vettura si utilizza il volante, collegato tramite il canotto dello sterzo ad un sistema di ingranaggi ed aste che fanno sterzare le ruote anteriori. Esistono automobili che hanno tutte e quattro le ruote sterzanti.
Tutta la complicata meccanica e i circuiti principali ed ausiliari sono montati sul telaio e protetti dalla carrozzeria. In realtà, nelle macchine moderne carrozzeria e telaio sono una sola cosa (la cosiddetta carrozzeria portante).
Spaccato di automobile

Sterzo 1) a cremagliera 2) a vite e rullo 3) a vite e madrevite 4) servosterzo idraulico

LE STRADE: DAI ROMANI AI GIORNI NOSTRI

A piedi, a cavallo, in automobile; comunque si decida di viaggiare per terra, di una cosa si ha bisogno: di una strada.
Il progresso economico di un Paese moderno dipende in massima parte dalla possibilità di scambiare merci. Per questo le strade sono le vere e proprie arterie della civiltà.
Lo capirono gli antichi Romani, i primi grandi costruttori di strade; ovunque arrivassero per imporre la Pax Romana tracciavano nuove vie di comunicazione. Pare che ai tempi di Giulio Cesare la rete viaria fosse lunga circa 80.000 chilometri.
La strada romana era composta di una base fatta di lastre e blocchi di pietra uniti con calcina, di un secondo strato costituito da sassi più piccoli uniti con del cemento e della ricopertura realizzata con grossi blocchi di pietra. La larghezza variava dai 3,5 ai 6 m e una leggera bombatura permetteva il defluire dell'acqua piovana ai bordi.
La vera rinascita della tecnica stradale, dopo la stasi medioevale, avvenne in Inghilterra verso la fine del'700, con l'inizio della Rivoluzione Industriale.
Oggi le moderne strade sono costruite stendendo una base di ghiaione e ghiaie composte di diversa pezzatura debitamente compatte; il manto di usura superficiale è di macadam, ghiaia fine e catrame.
Le strade di grande comunicazione, le autostrade, devono la loro nascita ad un personaggio della storia contemporanea: infatti fu il dittatore Adolf Hitler che ordinò la realizzazione delle Autobahnen. Esse attualmente sono formate da un primo strato di cemento armato sul quale vengono stesi fogli di plastica o carta impermeabili; il manto è costituito da un secondo strato di cemento ricoperto di asfalto o macadam.
Chi progetta il tracciato di una strada deve tener conto della topografia dei luoghi e della velocità dei moderni autoveicoli; per cui dovrà lasciare un ampio margine di visibilità, evitare le curve troppo strette, creare corsie di emergenza, curare l'illuminazione negli svincoli, oltre a prestare attenzione a numerosi altri fattori.

LE AUTOVETTURE A GUIDA AUTOMATICA

Fra le tante sperimentazioni in atto nel mondo automobilistico, il progetto indubbiamente più interessante è quello riguardante la guida automatica: cioè la realizzazione di un'automobile in grado di viaggiare senza nessun bisogno dell'intervento dell'uomo. La soluzione teorica è già pronta ed è molto semplice: consiste nell'installazione, lungo tutta la strada, di una serie di centraline di rilevazione della posizione, velocità, ecc. dei vari veicoli, che trasmettono i loro dati ad un elaboratore centralizzato il quale sovraintende ad un tratto di strada particolare. Tutti i veicoli sono in collegamento radio con le centraline e, tramite queste, con l'elaboratore, il quale li identifica singolarmente con un codice che attribuisce ad ognuno al momento dell'ingresso nella zona di sua competenza.
Sulla base dei dati che affluiscono dalle varie centraline di rilevazione, il calcolatore elabora una strategia di guida per ognuno dei veicoli, tenendo conto del profilo della strada e dei veicoli in prossimità. Allorché fosse necessario correggere l'assetto di marcia di qualcuno di essi, si mette in contatto via radio e agisce sui suoi strumenti di guida tramite servomeccanismi radiocomandati. La presenza di un codice di identificazione per ogni vettura, premesso ad ogni ordine, permette di trasmettere molti ordini, anche diretti a diversi veicoli, sulla stessa frequenza: ogni vettura sentirà solo gli ordini preceduti dal suo numero di codice, ignorando completamente gli altri.
I problemi connessi con questo sistema sono numerosi, ma la sua adozione è per ora futuristica soprattutto a causa dei tre seguenti motivi: il costo di tutto il sistema; la necessità di installare su ogni auto il sistema ricevente, anch'esso molto costoso; l'effetto catastrofico che potrebbe avere un qualsiasi guasto. Nonostante queste limitazioni, gli studi in questo campo stanno procedendo e non è detto che in un futuro non potremo tranquillamente addormentarci alla guida della nostra automobile.