a cura di Davide Munaretto
I primi prototipi realizzati erano principalmente dei dispositivi volti a ridurre la velocità di una ruota o di un treno di ruote e per fare questo si adottarono diversi sistemi che si dimostrarono più o meno efficaci passando dalle palette tipo quelle usate nei girarrosti fin ad arrivare ad un vero e proprio freno periodico che agiva direttamente su una ruota dentata, alcuni esempi di questa macchina furono proposti dallo stesso Leonardo dal quale poi si presume si sia evoluto quello che venne chiamato in seguito “Scappamento a Verga”
La funzione principale era quella di lasciar scappare un dente per volta, rallentando quindi la rotazione della ruota stessa o del treno di ruote ad essa connesso.
Questo concetto fu in seguito adottato in orologeria trasformandolo in un vero e proprio divisore periodico e assunse la sua versione definitiva come illustrato di seguito
Lo scappamento è costituito da una ruota in Ottone dotata di denti frontali che si affacciano ad un asse in acciaio dotato di palette o leve chiamato appunto “Verga”.
La distanza fra le palette è equivalente al diametro della ruota e formano fra loro un determinato angolo che in genere è pari a 90°.
La ruota è supportata in due punti e quello posto dal lato dei denti svolge anche la funzione di blocco al ribaltamento della Verga e prende il nome di Potenza.
Il numero dei denti della ruota è sempre dispari in modo che durante l’impegno di una paletta l’altra risulti libera e posta nel vuoto fra due denti mentre all’estremità superiore della Verga si trova il Bilanciere.
Il suo funzionamento è semplice e partendo dalla figura I e seguendo il senso di rotazione della ruota Caterina vediamo che il dente 1 spinge spinge sulla paletta A sollevandola.
Nella figura II il dente continuando a spingere raggiunge l’estremità della paletta fino ad abbandonarla.
A questo punto la ruota Caterina è libera di ruotare fino ad incontrare con il dente 2 la paletta contrapposta B colpendola rumorosamente e originando quello che viene definito la caduta della ruota responsabile del noto Tic-Tac dell’orologio.
Ora il dente 2 potrebbe spingere verso sinistra la paletta B ma il bilanciere per inerzia mantiene il suo senso di rotazione costringendo cosi la Paletta B a muoversi nello stesso senso respingendo cosi il dente 2 fino ad arrivare all’inversione del moto rotatorio.
Questo fenomeno è detto Rinculo e pone questo scappamento proprio nell’omonima categoria definendolo appunto “scappamento a rinculo”.
Questo scontro derivato dal manifestarsi di due forze contrapposte porta all’usura nel punto di contatto fra dente e paletta che al contrario di quanto non si potrebbe immaginare interessa maggiormente la paletta in acciaio che non il dente in Ottone della ruota per via del fatto che l’Ottone essendo molto poroso incorpora facilmente polveri atmosferiche che sono fortemente abrasive a discapito dell’acciaio, senza poi considerare che le palette sono solo due rispetto al maggior numero di denti della ruota sui quali si ripartiscono i ripetuti urti.
Ad un certo momento le forze di inerzia che si oppongono al moto tendono ad equilibrarsi, il volano si arresta e il dente 2 riprende a spingere in direzione normale la paletta B mettendo cosi in rotazione inversa nuovamente il volano.
Il ciclo si ripete e la paletta B arriva ad abbandonare il dente 2 e si ha cosi una nuova caduta della ruota portando il dente 3 a lavorare con la leva A ripetendo il ciclo iniziale.
Durante le fasi descritte il Volano ha quindi ruotato avanti e indietro con moto oscillatorio.
L’angolo fra le palette determina l’ampiezza di oscillazione e quindi le prestazioni dello scappamento e fu per molto tempo oggetto di diatriba fra i costruttori di orologi portatili soprattutto nel 700 dopo l’applicazione della spirale, ma in realtà era un falso problema in quanto l’orologio può funzionare altrettanto bene con angoli compresi fra 90°/95° che con angoli compresi fra i 110°/115°.
Il vero problema era però un altro,infatti con l’introduzione della spirale in qualche modo cadeva la necessità di utilizzare la Verga in quanto l’inversione del moto era comunque garantita dalla spirale stessa.
Malgrado questo passarono però parecchi anni prima che venne prodotto uno scappamento altrettanto valido arrivando nel 1726 allo scappamento a cilindro di Graham e a quello ad Ancora di Mudge circa trent’anni dopo.
Malgrado l’innovazione lo scappamento a Verga mantenne imperterrito le sue posizioni nonostante i suoi difetti che sostanzialmente sono due: non lascia libertà di oscillazione al Bilanciere in quanto sempre a contatto con la Verga ed è molto sensibile alle inevitabili variazioni della forza motrice portando cosi ad oscillazioni di ampiezza non costante e variabile nel tempo con il risultato di avere una divisione del tempo imprecisa.
Uno dei punti di forza dello scappamento a Verga era invece il fatto di non necessitare di lubrificazione nei punti di contatto fra Paletta e dente della Ruota.
Ora viene da chiedersi se lo scappamento a Verga era davvero in contrasto con la finalità di ottenere la precisione dall’orologio e se aveva dato il massimo di se…a giudicare dalla storia che segue parrebbe proprio di no!
Tra la fine del 600 e l’inizio del 700, con l’incremento dei viaggi oceanici, divenne sempre più pressante la necessità di fare il punto in mare aperto per stabilire dove ci si trovava e decidere la rotta più breve e sicura.
Il modo di ottenere il punto era noto, bastava incrociare latitudine e longitudine sulle carte di navigazione per ottenere la posizione della nave.
La latitudine era da tempo abbastanza facile determinarla mentre meno agevole era la determinazione della longitudine.
Senza approfondire troppo basti ricordare che erano stati proposti diversi modi tra cui le osservazioni celesti con precise misurazioni, impossibili da determinare sulla tolda ondeggiante di una nave e che oltre tutto richiedevano complicatissimi calcoli non sempre alla portata dei comandanti che per quanto dotati di coraggio talvolta peccavano in tal senso.
Tra questi però ne venne proposto uno semplice che prevedeva l’impiego di un orologio.
Questo doveva mantenere sulla nave l’ora della località dalla quale si era partiti o meglio del meridiano ufficiale, per poi confrontarla con quella del luogo in cui si trovava la nave ottenibile dalla posizione del sole che sappiamo mutare a secondo del meridiano.
Constatata la differenza bastava poi un semplicissimo calcolo per determinare la longitudine.
Il problema era cosi sentito che Spagna, Olanda, Francia e Inghilterra nazioni marinare per eccellenza avevano stabilito un ricco premio per poterla calcolare con sufficiente precisione.
L’ Inghilterra lo fissò a 200.000 sterline di allora che equivarrebbe a diversi milioni di euro attuali.
Questo scatenò la corsa al premio, gara che impegnò Astronomi, Matematici e Orologiai per il metodo che vedeva come protagonista l’orologio.
Vi si impegnò anche un carpentiere di nome John Harrison con la passione per l’orologeria e vi dedicò tutti gli anni della sua lunga vita impiegati quasi esclusivamente alla realizzazione di cinque ingegnosi orologi di cui quattro esposti al museo navale di Greenwich e uno a Londra.
Raccontare la storia di Harrison e delle sue vicissitudini per la conquista del premio della Longitudine, esporre le caratteristiche tecniche dei suoi orologi sarebbe molto affascinante quanto complesso e per tanto ci limiteremo a parlare del più famoso degli orologi da lui costruito ovvero il numero Quattro.
Questo può essere la dimostrazione di come lo scappamento a Verga opportunamente modificato e meglio costruito potesse dare ancora molto.
Questo orologio fu sincronizzato a terra con una pendola precisissima di Graham ed appena rimessa all’ora sulla base del passaggio del sole sul meridiano prima della partenza per un viaggio in mare che durò cinque mesi.
Al suo ritorno, 156 giorni dopo venne posta a confronto l’ora segnata dall’orologio con la pendola rimessa all’ora in quel momento con il meridiano e l’orologio mostrò un ritardo di 15 secondi, ovvero un circa un decimo di secondo al giorno che consentiva quindi di determinare la longitudine in mare con estrema precisione e ben maggiore di quella richiesta nel concorso del 1714 emanato dal parlamento Inglese.
Viene da chiedersi come fu possibile nel 1764 ottenere una precisione cosi elevata da un orologio portatile, e gran parte del suo successo risiede nella costruzione meccanica di livello estremamente elevato infatti conteneva le seguenti innovazioni:
– non si arrestava durante la carica,cosa che invece poteva accadere agli orologi che prevedevano il conoide e questo grazie ad un marchingegno inventato da Harrison che prese il nome di “sistema di conservazione della forza motrice” e che fu in seguito inserito in tutti gli orologi a conoide.
– i perni del ruotismo giravano (per la prima volta) tutti in cuscinetti di pietra dura, oggi chiamati Rubini.
– lo scappamento a Verga fu inoltre modificato in modo tale che il Rinculo fosse minimo.
– le palette della Verga era a forma di semicilindro pieno e dal disegno sofisticato erano state realizzate in Diamante.
– la ruota scappamento non riceveva la forza motrice direttamente ma attraverso un ruotismo armava ogni 7 secondi una seconda esile molla che a sua volta forniva la forza alla ruota scappamento,una sorta di spirale.
Ne conseguiva che questa poteva contare su una erogazione di energia estremamente costante che si trasformava a sua volta in impulsi altrettanto costanti al bilanciere facendolo oscillare sempre alla medesima ampiezza.
– per ultimo ma non di minor importanza, incorporava uno dei primissimi esempi di sistema di compensazione della temperatura ottenuta con una lamina bimetallica di ottone e acciaio saldati che agiva sulla lunghezza attiva della spirale.
Questo orologio per le sue caratteristiche era molto complesso e anzichè divenire il futuro degli orologi a Verga divenne un po il traguardo e la fine di questa tipologia.
Infatti nei successivi cronometri da Marina vennero adottati scappamenti di più facile costruzione relegando l’orologio di Harrison al solo e ultimo esempio di orologio a Verga.
