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Le origini della ferrovia
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Articoli di ingegneria dei trasporti
Si può affermare che la ferrovia è nata con l’invenzione della locomotiva (“il cavallo di ferro”) e questa con la realizzazione della macchina a vapore. Le origini della locomotiva risalgono al XVIII secolo...

presente anche su: ciarleglio.it


 
Si può affermare che la ferrovia è nata con l’invenzione della locomotiva (“il cavallo di ferro”) e questa con la realizzazione della macchina a vapore. Le origini della locomotiva risalgono al XVIII secolo, quando in Inghilterra esplode la Rivoluzione industriale. Ma la prima locomotiva che abbia trainato un treno pubblico risale al 1825, durante il cosiddetto secolo del vapore. Già nel I secolo a.C. i fedeli si recavano al tempio di Alessandria rimanendo sbalorditi nel vedere che le porte si aprivano da sole dopo che era stato acceso il fuoco sull’ altare. Non si trattava certo di un evento soprannaturale come molti credevano, ma in realtà il movimento era prodotto da un meccanismo inventato da Erone che sfruttava per la prima volta la forza prodotta dal vapore acqueo

 

Solo dopo 1600 anni, Galileo Galilei ed Evangelista Torricelli stabilirono i primi principi alla base del fenomeno “vapore”.

Nel 1629 un architetto italiano, Giovanni Branca, costruì una macchina che mediante il vapore permetteva di alzare ed abbassare i bracci di un mortaio.

Lo studio delle pressioni e della dinamica dei gas con le prime leggi teorico-matematiche furono opera di Robert Boyle, Edmè Mariotte e Blaise Pascal.

Nel 1654 Otto Von Guericke dimostrò l’enorme forza della pressione in modo spettacolare con sedici cavalli che tirando in direzioni opposte, non riuscirono a separare due semisfere in cui era stato creato il vuoto.

Denis Papin nel 1654 costruisce un recipiente ermetico che messo sul fuoco, faceva vaporizzare l’acqua al suo interno, affrettando la cottura dei cibi.

Gli esperimenti lo portarono a realizzare un’imbarcazione che mediante il vapore acqueo permetteva la rotazione di una ruota a pale e quindi la navigazione. Papin si mise a navigare intrepidamente su un fiume tedesco provocando ripercussioni sui barcaioli e rematori che vedendo in pericolo le proprie economie, fermarono e distrussero la barca. La macchina a vapore non prosperò come propulsore ma fu elemento essenziale delle “pompe a fuoco” dove trovò la sua prima applicazione pratica.







Quest'invenzione fu molto utile per pompare l’acqua a più di dieci metri di altezza, cosa che le pompe già in uso non permettevano; venne impiegata nelle continue inondazioni nelle miniere. L’idea di base delle pompe a fuoco emerse dal lavoro di Edward Somerset che costruì attrezzature per portare l’acqua nelle torri dei castelli, ma solo nel 1968, l’ingegnere Thomas Servey costruì una macchina chiamata ”l’amico del minatore” che consentiva di pompare l’acqua delle miniere della Cornovaglia. Gli inconvenienti di questa macchina (eccessivo consumo di carbone e assenza di meccanismi di controllo) vennero in parte risolti da Thomas Newcomen, che introdusse un sistema di valvole per il controllo della pressione.

Fu James Watt che ne aumentò il rendimento, introducendo degli ingranaggi del tipo        sole-pianeta e poi con biella-collo d’oca per trasformare il movimento rettilineo del pistone in rotativo e inventando il regolatore di pressione. Fu questa la ”macchina a vapore” di Watt, sintesi di tutte le invenzioni e le innovazioni precedenti. Watt non inventò la macchina a vapore (come si crede generalmente) ma vi apportò modifiche tali da renderla un’importante fonte di potenza meccanica almeno fino all’ avvento della turbina a vapore e del motore a scoppio.

Nonostante ciò, ancora per molti anni vennero impiegati gli animali, il vento e i remi per i trasporti perchè le caldaie non riuscivano a far  sviluppare forti pressioni.

Nel 1769, l’ingegnere militare Nicole Cugnot costruì una ”carrozza” a vapore di bassa potenza  e pesante che però fu un vero e proprio precursore della locomotiva a vapore.


 William Murdoch nel 1785 realizzò una macchina simile, che ebbe poco successo ma molti incontri di pugilato: ogni volta che la sua invenzione si fermava, Murdoch scendeva e prendeva a pugni i canzonatori della sua invenzione.L’ introduzione delle alte pressioni con Oliver Evans,Jonathan Hornblower e Richard Trevithick e dell’acciaio permisero l’effettivo impiego del vapore nei trasporti.

Nel 1804 Trevithick realizzò in più fasi una locomotiva a vapore, la Newcastle, che permise di trainare 10 tonnellate di lingotti di ferro e 70 persone per quindici chilometri in quattro ore. Le rotaie in ferro fuso dell’epoca non ressero il peso e si distrussero dopo solo il primo viaggio. Spesso la locomotiva si bloccava nel punto morto del ciclo del pistone ed allora era necessario che i passeggeri, vestiti a festa per il viaggio inaugurale, scendessero a spingere.

Nacquero altre macchine su rotaie, provocando continui scoppi e distruzioni, tanto che Trevithick morì povero. Ma per molti fu proprio lui l’inventore della locomotiva a vapore e non Gorge Stephenson.

Vi furono successive invenzioni di John Blekinsop e William Hedley (la Puffing Billy) che non ebbero molto successo.


E così come a Watt è attribuita la paternità della macchina a vapore, sebbene non ne sia stato l’inventore, Gorge Stephenson viene considerato il padre della locomotiva. La prima locomotiva di Gorge Stephenson, la Blucher, finita nel 1814, venne usata per il trasporto di carbone dalle miniere, ottenendo un discreto successo. Il figlio di Gorge, Robert Stephenson proseguì gli studi del padre e nel 1825 inaugurò la linea Stockton-Darlington con la sua Locomotion (velocità di 13 Km/h trainando 90 tonnellate di carbone e farina e 600 passeggeri).

 

 A quel tempo difficilmente si otteneva l’autorizzazione ad attraversare i binari per la paura che le macchine incendiassero i prati o che le mucche non dessero più latte. L’inizio dell’era della ferrovia si ha con l’inaugurazione nel 1830 della linea Liverpool-Manchester, sulla quale il trasporto era affidato alla locomotiva Racket di Stephenson (velocità di 48 km/h).

Le prime rotaie in acciaio vennero istallate nel 1857 mentre il primo ponte dello stesso metallo fu costruito sul Mississipi, a Saint Luis negli Stati Uniti, fra il 1867 e il 1873. Altre innovazioni che vennero introdotte subito furono le segnalazioni elettriche , il controllo con telegrafo, l’aggancio meccanico di locomotive e vagoni. Nel 1869 vennero introdotti i freni ad aria compressa inventati da Gorge Westinghouse.

Giffard sostituì la pompa di alimentazione con un iniettore nel 1858. Nel 1866 la locomotiva de Estrade raggiunge i 120 km/h.

Negli Stati Uniti, la prima locomotiva (Leon de Stourbridge) entrò in funzione nel 1829. Vi fu un rapido sviluppo dei treni in quanto per superare l’accidentato suolo Americano, fu necessario introdurre sempre nuovi meccanismi come carrelli a quattro ruote, grate per sgombrare ostacoli, casse di sabbia per tratti di binari sdrucciolevoli. Nel 1860 vi era una rete di ben 50000 chilometri di ferrovia sul territorio americano. Le ferrovie erano divise in Union e la Central Pacific che vennero uniti nel 1869 con la collocazione del chiodo d’oro a Promontori Point, nell’ Utah.

Tra la Union e la Central Pacific ci fu sempre una forte concorrenza e il 28 aprile del 1860 ci fu il sensazionale episodio della posa in opera in un sol giorno di 16 chilometri di binari da parte della Central Pacific.

Nel 1883 si inaugurò in Irlanda del Nord il primo tratto ferroviario elettrificato. In Italia e negli Stati Uniti le prime linee elettrificate su lunghi percorsi, si inaugurarono nel 1902.

Oggi le linee ferroviarie sono quasi totalmente elettrificate, tranne che in brevi tratti in cui si impiega il motore diesel. I locomotori elettrici sono molto efficienti ma solo se il volume di traffico è notevole sono giustificati economicamente ed infatti, negli anni 79-80 la Svizzera era la nazione con più alta percentuale di linee elettrificate (99%) proprio per la sua alta densità abitativa (160 ab./Kmq)

Inoltre sono silenziosi, richiedono poca manutenzione ed hanno una vita utile maggiore.

Malgrado i treni siano apparsi in Gran Bretagna nel primo quarto del XIX secolo, il sistema di trasporto su rotaie era già da tempo conosciuto. Il tedesco Sebatian Munster ne parlava già nel 1550 nella sua opera “Cosmographie universalis” che riportava mi sistemi impiegati nelle miniere dell’ Alsazia. Nel 1556 se ne trova una nuova descrizione di un piccolo vagone su rotaia si trova nella “ De re metalica” di Georg Bauoer ( o Georgius Agricola). All’ inizio le rotaie e le ruote erano in legno come il vagone da miniera che si può ammirare nel Bau Museum di Berlino. La prima mensione scritta di strade con rotaie appare in un manoscritto con l’inventario delle proprietà di uno stabilimento vicino Nottingham, in Inghilterra, nel 1603 o 1604.

La Tanfield Wagon Way di Durhan (Inghilterra) venne costruita nel 1632 ma si estese notevolmente nel 1729 e uno dei suoi rami utilizzò un ponte ad arco in muratura lungo 31 metri. Questa ferrovia nel 1964 era ancora utilizzata.

La storia della ferrovia in Italia ebbe inizio nel  1836 quando l'ingegnere francese Armand Bayard de la Vingtrie propose la costruzione di una ferrovia  tra Napoli e Nocera. Nel giugno dello stesso anno il Bayard venne autorizzato da Ferdinando II alla costruzione a sue spese del tratto ferroviario.

Il 3 ottobre 1839 fu inaugurato il primo tratto sino a Portici; nell'estate del 1840 furono raggiunte Resina e Torre del Greco e, nel 1844 attraverso Pagani, Scafati ed Angri si giungeva a Nocera.

 Per un certo periodo vennero impiegate delle rotaie ad L dette “plateways” che consentivano di usare i veicoli anche su terreno senza bisogno di modifiche.

Ci furono vari tipi di scartamenti nell’ evoluzione della rete ferroviaria ma l’attuale misura di 1.435 metri è stata accettata quasi da tutti tranne che Russia, Finlandia  (1.5 metri), e Spagna e Portogallo (1.68 metri).

Lo sviluppo del motore diesel porta nel 1911 a realizzare la prima locomotiva Diesel ad opera della società Sulzer. Il vero successo si ebbe solo nel 1925 e fu dovuto a un minore consumo rispetto al vapore, ad una manutenzione ridotta, un miglior rendimento e alla possibilità di poter accelerare più velocemente.

Nel 1932 vennero combinati il diesel e il sistema elettrico che mediante il motore diesel si azionava un generatore produttore di corrente.

Ben presto la rete ferroviaria si è estesa collegando interi continenti, basti pensare alla Transiberiana (San Pietroburgo-Mosca-Vladivostok , 9500 Km), l’ Orient Express (Parigi-Istambul, 3000 Km). Un notevole sviluppo ferroviario si è avuto anche in America Latina dove i treni superano notevoli dislivelli (fino a 4500 metri di La Paz, Bolivia). L’Australia è fiera del tratto rettilineo più lungo del mondo (528 Km) sulla linea Sidney-Perth.

 


Anno di nascita dei primi tratti ferroviari nei principali paesi

Anno
Stato
Percorso
1825
1831
1832
1834
1835
1835
1836
1837
1838
1839

1839
1846
1847
1847
1848
1853
1854
1854
1857
1857
1860
1872
1876

G. Bretagna
Stati Uniti
Francia
Irlanda
Belgio
Germania
Canada
Russia
Austria
Italia

Olanda
Ungheria
Danimarca
Svizzera
Spagna
India
Norvegia
Australia
Egitto
Argentina
Sud Africa
Giappone
Cina

Stockton-Darlington
Charleston-Hamburg
Saint-Etienne-Lione
Dublino-Kingstown
Bruxelles-Malines
Norimberga-Fùrth
Laprairie-Saint John
Pietroburgo-Tzarskoe Selo
Vienna-Florisdorf
Napoli-Portici

Amsterdam-Haarlem
Pest-Vaec
Copenaghen-Roskilde
Zurigo-Baden
Barcellona-Mataro'
Bombay-Thana
Oslo-Eidsvoll
Melbourne-Port Melbourne
Il Cairo-Alessandria
Buenos Aires-San Josè de Flores
Durban-The Point
Tokyo-Yokohama
Shangai-Wu sung

 

Negli anni ’80 è nato in francia uno dei treni ancor’ oggi tra i più efficienti e veloci, il TGV  (Train à Grande Vitesse).

Il resto è attualità, con l'alta velocita e treni futuristici come Maglev. La Grumman Corporation è l'azienda che si sta da tempo occupando della progettazione del Maglev, un treno capace di raggiungere la velocità di 400 km/h che supererebbe di gran lunga i 320 km/h del Train à Grande Vitesse francese. Il Maglev utilizzerebbe solamente la metà dell’energia (per passeggero-chilometro) utilizzata dalle automobili e un quarto di quella consumata dagli aerei. Il veicolo “vola” alcuni centimetri sopra di esse, senza visibili mezzi di supporto grazie alla levitazione magnetica.
I magneti sono attratti dall’acciaio presente sotto la guida di scorrimento e sollevano il veicolo di circa due centimetri.
 
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