Scienze Nautica Le Navi

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Scienze Nautica Le Navi

SCIENZE - NAUTICA - LE NAVI

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PRESENTAZIONE

L'origine di qualsiasi genere di imbarcazione è da ricercare nel primitivo tronco di un albero al quale "l'equipaggio" si aggrappava per attraversare un fiume o comunque una breve distesa d'acqua. Certo non si trattava di una traversata molto comoda, quindi si pensò di legare più tronchi insieme e di costruire così la prima zattera, un mezzo che permetteva spostamenti sull'acqua senza doversi bagnare e soprattutto evitando la fatica delle traversate a nuoto. Il passo successivo, riguardò la sostituzione delle mani per spingere la zattera con delle tavole di legno, furono così costruiti i primi rudimentali remi, che permettevano di spingere e dirigere meglio il natante. In questo modo, di intuizione in intuizione, di esperienza in esperienza, l'uomo cominciò a costruire i primi mezzi che gli avrebbero permesso di viaggiare e conoscere il mondo. Come abbiamo visto, l'invenzione della barca non ha un luogo e una data precisa, dovunque gli uomini costruirono le prime imbarcazioni con i materiali offerti dalla terra che abitavano, foggiandone le forme a seconda delle caratteristiche delle acque che dovevano affrontare e a seconda dell'uso al quale erano destinate. Così, nella storia dell'uomo, possiamo individuare imbarcazioni di tutti i tipi e di tutte le forme: dai kayak, leggeri e affusolati scafi fatti di ossa di balena e pelli di foca, alle lunghe piroghe micronesiane, ricavate da un unico e immenso tronco scavato con il fuoco e con utensili affilati; dalle imbarcazioni di giunco del lago Titicaca, alle imbarcazioni di balsa delle antiche civiltà costiere sudamericane. Per quanto riguarda invece i modi per facilitare la guida e lo spostamento sempre più veloce e sicuro dell'imbarcazione, dopo il remo, fu estremamente efficiente l'idea di sfruttare l'energia eolica, cioè quella fornita dal vento. Nacquero così le prime barche a vela, la cui evoluzione consenti di ottenere imbarcazioni sempre più grandi, per trasportare merci anche a distanze considerevoli. Infine, l'invenzione del motore a vapore, di quello a combustione interna ed elettrico hanno scritto le ultime pagine della storia della tecnica navale e della marineria.

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Antica giunca cinese

Piroga sul lago Titicaca, in Perù

Modello tridimensionale di antica nave greca

Modello tridimensionale di nave militare

Modello tridimensionale di nave francese Reale de France del XVII sec.

Modello tridimensionale di una nave portaerei

Modello tridimensionale di antica nave greca costruita probabilmente intorno al IV sec. a.C.

Modello tridimensionale di petroliera

Modello tridimensionale di offshore, motoscafo da gara

Modello tridimensionale di motoscafo

Modello tridimensionale di antica nave romana trireme

Modello tridimensionale di peschereccio

Modello tridimensionale di goletta

Modello tridimensionale del transatlantico inglese naufragato il 15 aprile 1915 nelle acque dell'Oceano Atlantico

Modello tridimensionale di nave giapponese portacontainer

Modello tridimensionale di nave usata per la pesca di tonni

Modello tridimensionale di antica nave vichinga in uso nei sec. IX e X

Modello tridimensionale di motoscafo

Modello tridimensionale di timoneria, complesso degli apparecchi che servono per manovrare il timone

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PERCHÈ UNA NAVE GALLEGGIA?

Vi siete mai chiesti perché i moderni e pesanti piroscafi, costruiti interamente in acciaio, non vanno a fondo appena dopo il varo? La risposta la trovò Archimede, prima della nascita di Cristo. Egli osservò che ogni oggetto immerso nell'acqua ne sposta un certo volume. Provate anche voi ad immergere qualcosa in un bicchiere d'acqua e vedrete il livello del liquido alzarsi. Archimede scopri che l'oggetto immerso riceve dall'acqua una spinta diretta dal basso verso l'alto uguale al peso dell'acqua spostata. Se prendiamo un oggetto di legno pieno del peso di 1 kg e lo depositiamo in un capiente recipiente graduato, l'oggetto di legno galleggerà sostenuto dall'acqua ed il livello dell'acqua salirà di un litro (come abbiamo già visto nella sezione dedicata all'acqua, un litro di essa pesa un chilo). È in base a questo principio, fondamentale in idrostatica, che le navi possono galleggiare sull'acqua e quindi navigare o i dirigibili mantenersi librati in aria e volare. Ed è proprio per questo che un sasso scagliato in acqua va a fondo: poiché è troppo piccolo il volume di liquido da esso spostato rispetto al proprio peso ed al volume, e quindi risulta insufficiente la spinta idrostatica per farlo galleggiare. Il principio di Archimede spiega anche perché un corpo diventa molto più leggero quando è immerso nell'acqua, dove può essere spostato con maggior facilità: il suo peso è alleggerito grazie alla spinta dell'acqua. Ecco perché un uovo fresco, immerso in acqua salata, cola subito a fondo mentre uno marcio o meno fresco galleggia. L'uovo fresco affonda perché la spinta dal basso che riceve dall'acqua non è sufficiente a superarne il peso e quindi a tenerlo a galla; mentre l'uovo marcio, che contiene aria e gas dai quali è reso più leggero, è mantenuto a galla dalla spinta dell'acqua, che riesce a superare il suo peso. Le stesse ragioni valgono per tutti i corpi galleggianti quali le boe, i barili vuoti, i sugheri delle reti dei pescatori, gli indicatori di livello, galleggianti dei serbatoi nelle automobili, i galleggianti di idrovolante, e così via. I famosi mulini sul Po che ispirarono il romanzo di Bacchelli per quanto pesanti siano, galleggiano perfettamente sull'acqua del fiume perché il peso del volume d'acqua da essi spostato è superiore a quello dell'intero impianto. E così dicasi delle modernissime isole galleggianti utilizzate per ricerche petrolifere in mare aperto. Il sommergibile, che in emersione galleggia tranquillamente sull'acqua, può immergersi completamente in essa solo grazie all'allagamento delle casse di zavorra, doppi fondi dello scafo nei quali viene introdotta l'acqua del mare; questa fa aumentare il peso della struttura quel tanto che basta a vincere il principio di Archimede, cioè la spinta dal basso in alto, e a sprofondare.

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A questo punto è facile capire come non si possano definire in generale materiali che galleggiano e materiali che affondano, ma che tutto dipende dal rapporto tra la forma (volume) e il peso dell'oggetto in questione: se noi svuotiamo l'interno di un cubo di ferro abbassiamo il suo peso specifico, cioè il suo rapporto tra peso e volume, che, per galleggiare, dovrà diventare inferiore a quello dell'acqua. Utilizzando questo principio sono state realizzate navi con materiali molto più pesanti dell'acqua. Per esempio il metallo fece la sua comparsa sui galeoni, sotto forma di lastre di rame che proteggevano le fiancate dei pesanti vascelli dalle bordate di cannoni nemici. Intorno al 1820 si iniziarono a costruire scafi misti, con la ossatura in metallo e il fasciame esterno in legno: queste prime navi erano i famosissimi clipper, imbarcazioni a vela velocissime che trasportavano tè e spezie dalle Indie in Europa e che annualmente si battevano in una regata, la Tea Race. Restano famosi i nomi di Ariel del Thermopylae, il più veloce Clipper dell'epoca, e del Cutty Sark, sopravvissuto fino ai nostri giorni e visibile a Londra, dove è stato trasformato in un museo galleggiante. Il primo scafo interamente costruito in ferro fu il Great Eastland. Varato nel 1858, il Great Eastland era lungo più di 200 m e poteva trasportare 1200 tonnellate di carbone per far funzionare i suoi poderosi motori. Si costruirono navi perfino con l'ossatura di cemento armato e il fasciame in acciaio.

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IL VENTO E LA VELA

L'uomo presto si rese conto che la forza dei venti poteva essere utilizzata per la propulsione, da questa intuizione nacquero le prime vele: grandi pezzi di tela che venivano fissati su un albero per captare una maggiore quantità di vento. La fatica che si risparmiava era veramente enorme, sempre che il vento soffiasse nella direzione giusta: infatti, i primi armamenti a vela quadra permettevano ai navigli di procedere solo con il vento in poppa o tutt'al più al lasco. Per questo motivo anche sulle navi più grandi dei Fenici, poi su quelle dei Greci e dei Romani, degli Arabi e dei Vichinghi sopravviveva il remo: quando il vento diventava debole o soffiava in direzione sfavorevole, bisognava fare a meno delle vele e mettersi ai remi. Poi iniziarono a fare la loro comparsa le prime vele latine di forma triangolare che permettevano di "stringere" il vento. Si apriva così un'era nuova per la marineria: infatti, se le navi a remo e vela necessitavano per la loro conduzione di un gran numero di persone e non potevano che compiere tragitti relativamente brevi e su rotte di piccolo cabotaggio, le navi con vele latine potevano essere condotte da un equipaggio esiguo, permettendo così una maggiore disponibilità di carico delle merci, e avendo inoltre la possibilità di percorrere rotte più impegnative. Dopo la vela latina, che ancora oggi è usata da certe popolazioni mediterranee e del Mar Rosso, vennero create le vele tarchie, le vele a terzo, le vele portoghesi e le moderne Marconi. La grandezza e la lunghezza delle navi crescevano e con esse la complessità degli armamenti, per numero delle vele e degli alberi. Con l'avvento del vapore, la grande tradizione della vela cominciò un rapido declino. Dalla seconda metà del secolo scorso fino alla prima guerra mondiale vennero costruiti gli ultimi grandi velieri, alcuni dei quali a propulsione mista. Poi fu la vittoria del motore e le ultime navi a vela costruite furono le navi-scuola delle marinerie da guerra. In realtà ci sono stati recenti tentativi di reintroduzione della vela sui moderni cargo allo scopo di ridurre il consumo del combustibile. Queste vele, però hanno poco a che spartire con le gloriose loro antenate; esse infatti sono costruite con materiali speciali e di nuovissima concezione e sono comandate da computer. Nella prima metà degli anni '80 il capitano Cousteau allestì una nave con dei rotori eolici, grandi cilindri verticali ruotanti in grado di far avanzare l'imbarcazione come se fosse spinta da vele; prima di lui l'ingegnere Fletner aveva costruito una nave simile agli inizi del secolo, ma le carenze tecnologiche non gli avevano permesso di ottenere un buon successo.

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Schema di un trimarano: 1) fiocco 2) randa 3) scafi ausiliari 4) rete di protezione 5)scafo portante

Imbarcazioni a vela: a sinistra il soling e a destra il tornado

La nave scuola Amerigo Vespucci

Modello tridimensionale della nave Amerigo Vespucci, varata il 22 febbraio 1931

Modello tridimensionale della caravella Pinta usata da Colombo

Modello tridimensionale della caravella Nina usata da Colombo

Modello tridimensionale della caravella Santa Maria usata da Colombo

Modello tridimensionale di antica nave a vela usata per scopi commerciali principalmente nell'Asia orientale

Modello tridimensionale della nave a vela Mayflower, imbarcazione a bordo della quale i padri pellegrini inglesi, partiti da Plymouth, raggiunsero l'America nel 1620

Modello tridimensionale di barca a vela

Visita virtuale padiglione aeronavale del Museo nazionale della scienza e della tecnologia Leonardo da Vinci di Milano, con la nave scuola "Ebe"

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NAVI A PROPULSIONE MECCANICA

L'idea di applicare ad un battello una ruota ad acqua mossa da un motore a vapore venne al marchese di Jouffroy d'Abans nel 1783. Ma il tentativo pratico condotto sul fiume Saône non ebbe il successo sperato: infatti il battello dopo solo un quarto d'ora di navigazione cominciò a sbandare su un lato e il marchese fu costretto ad arenarlo su un basso fondale per evitare l'affondamento. Migliore fortuna ebbe l'americano John Fitch che nello stesso periodo realizzò diversi modelli di battelli a vapore tutti funzionanti; ed inaugurò la prima linea di navigazione fluviale a vapore sul fiume Delaware. Economicamente il tentativo si rivelò un disastro, ma il primo passo era stato fatto. Lo scozzese Symington segui le orme dell'americano ma non ebbe miglior fortuna. Solo Robert Fulton fu capace di coronare il sogno dei suoi predecessori: finanziato dal diplomatico Robert Livingstone, costrui il Clermont, un lungo battello spinto da due ruote laterali mosse da un motore a vapore Boulton & Watt, fatto arrivare dall'Inghilterra e alimentato a legna di pino. Il Clermont fece servizio di linea tra New York e Albany solcando le acque del fiume Hudson, riscuotendo un successo strepitoso. Dopo i battelli fluviali fu la volta di vere navi. Nel 1819 venne costruito il Savannah, veliero con motore a vapore ausiliario e ruote a pale pieghevoli per meglio affrontare il maltempo, che nel 1836 compì la traversata dell'Atlantico: la prima per una nave a motore. Ben presto le pale vennero sostituite dalle eliche, dispositivi molto più efficienti: le pale, infatti, sprecavano molta energia per attrito entrando ed uscendo periodicamente dalla superficie dell'acqua. Uno dei primi ad utilizzare l'elica fu il sopracitato Fletner che utilizzò una vite senza fine. Il grosso problema dei motori a vapore rimaneva il combustibile. Per quanto perfezionate, le caldaie bruciavano una quantità spaventosa di carbone e legna, materiali che dovevano essere trasportati sulla nave a scapito dello spazio di carico utile. Per risolvere questo genere di problema si dovrà attendere l'invenzione dei motori a scoppio, presto impiegati anche nell'industria navale. Il motore marino migliore è quello diesel, per il suo consumo limitato di un combustibile liquido stivabile con facilità e senza rischi. Buona fortuna hanno conosciuto altri tipi di motore come quello a turbina, l'unico in grado di raggiungere l'efficienza dei motori diesel. Sono stati inoltre costruiti motori a turbina-vapore in unione con reattori nucleari.

A) pala vista in sezione B) spaccato di elica marina a passo variabile

Schema di elica navale quadripala

Modello tridimensionale del battello a vapore Queen Mary costruito nel 1934

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ALISCAFI E HOVERCRAFT

Oltre alle tipiche imbarcazioni, l'uomo ne ha inventate alcune del tutto particolari: gli aliscafi e gli hovercraft. Quando sono fermi, gli aliscafi sembrano delle barche normalissime. Ma quando iniziano a navigare, superata una certa velocità ecco che l'intero scafo emerge dall'acqua come se stesse per prendere il volo! Alla chiglia di queste imbarcazioni infatti sono fissate delle particolari pinne con profili simili a quelli delle ali di un aereo; se la velocità è sufficiente, queste specie di ali subacquee riescono a sollevare lo scafo, riducendo così l'attrito con l'acqua. Ecco perché un aliscafo può raggiungere velocità superiori ai 100 chilometri all'ora. Per questa sua caratteristica l'aliscafo è utilizzato per scopi militari e per il trasporto veloce di passeggeri in brevi tratti d'acqua. L'hovercraft, o veicolo a cuscino d'aria, non è propriamente un'imbarcazione: infatti può viaggiare anche sulla terraferma. In pratica, un hovercraft è fornito di particolari ventilatori che soffiano aria verso il suolo formando un cuscino d'aria che solleva il veicolo. Come l'aliscafo, per il minimo attrito con la superficie sulla quale viaggia sospeso, l'hovercraft raggiunge velocità notevoli (90 chilometri all'ora) e viene usato per il trasporto civile, di truppe e mezzi corazzati.

Un aliscafo

Un hovercraft

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NAVI DA GUERRA

Purtroppo i mari non sono stati solcati dall'uomo con il solo scopo di commerciare e d'esplorare, ma anche per combattere. Le prime navi costruite per precisi scopi militari si devono ai Fenici, popolo di marinai e di mercanti che contava anche un buon numero di pirati. Non per nulla i saggi greci avevano dato a mercanti e ladri lo stesso dio, Ermes (il Mercurio romano). I romani costruirono delle navi da guerra dotate di rostro, un micidiale prolungamento della prua che doveva sfondare le fiancate della nave avversaria causandone l'affondamento. Le navi romane assomigliavano a quelle greche anche se le dimensioni erano maggiori e gli ordini di remi erano aumentati. Notoriamente popolo di terra, i Romani si trovavano spesso in difficoltà quando combattevano in mare; fu così che per cercare di rendere la battaglia navale simile a quella terrestre, inventarono il corvo, un ponte mobile brandeggiabile e munito di uncino ad una estremità. Quando riuscivano ad accostare una nave nemica, la "arpionavano" con il corvo e i fanti potevano così facilmente andare all'arrembaggio. Delle navi realizzate nel Basso Medioevo si sa poco o nulla. Le più sofisticate furono certamente quelle dei Vichinghi: leggere, slanciate, veloci e per questo estremamente efficaci durante le battaglie in mare. Nel 1200 vennero realizzate le prime cocche mediterranee, navi mercantili e militari insieme. Le cocche erano dotate di due castelli (castello di prua e di poppa, quest'ultimo anche detto cassero), alte piattaforme che non facevano parte dello scafo ma che erano ad esso sovrapposte e che sporgevano oltre le murate; i parapetti dei castelli venivano addirittura costruiti con merlature difensive oppure erano circondati di scudi variopinti. Dall'alto di queste costruzioni, i soldati potevano difendersi e attaccare da una posizione di vantaggio.

Navi mercantili e spaccato di nave da carico

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Seguirono in ordine di tempo le caravelle, navi destinate ad usi civili che vennero più tardi armate per le loro accresciute dimensioni e per la rapida evoluzione della tecnica della fusione dei metalli che aveva permesso di ottenere pezzi di artiglieria più leggeri e potenti. Sulle caracche vennero create per la prima volta le aperture protette da sportelli da cui sbucavano i cannoni posti su affusti con ruote; i cannoni erano disposti a scacchiera, in vari ordini orizzontali, lungo le fiancate della nave. Dello stesso periodo sono anche i galeoni, molto più grandi di una caracca. Il vero salto di qualità nell'organizzazione della marineria da guerra venne fatto durante il XII secolo con la creazione dei primi vascelli, nei quali si vedevano applicati per la prima volta criteri di realizzazione tecnico-scientifici, che portarono ad un miglioramento netto della qualità delle imbarcazioni. Le navi di una flotta da guerra vennero classificate sulla base del potenziale di fuoco che potevano sviluppare: i vascelli di I (100 e più cannoni), II (da 80 a 98 cannoni) e III classe (da 64 a 74 bocche di fuoco) andavano a formare la linea di battaglia; quelli della IV classe (da 44 a 56 cannoni) erano destinati alla scorta dei convogli e alle spedizioni in acque straniere; i vascelli della V classe (da 32 a 36 cannoni) fungevano da ricognitori e navi porta-ordini; le imbarcazioni di VI classe (da 24 a 28 cannoni) erano adibite al servizio di pattugliamento delle coste. Le ultime armate dell'epoca velica furono costituite da: fregate, brigantini e golette armate. Nate nel 1700, furono le ultime navi da guerra che utilizzarono esclusivamente l'energia eolica. Il vapore e i progressi nella costruzione navale avrebbero aperto un'altra epoca della marineria. Nel 1813 fu Robert Fulton, nome che già conosciamo, che chiese ed ottenne dal Presidente degli Stati Uniti di realizzare la prima corazzata della storia, da impiegare contro gli Stati Confederati del Sud durante la guerra di Secessione: naturalmente questa particolare nave da guerra era mossa dal vapore ed era realizzata in legno rivestito da una spessa corazza di acciaio. Da quel momento le flotte da guerra di ogni Paese fecero a gara per possedere la più grande e la più potente delle navi; solo con l'avvento dell'aviazione si comprese quanto assurde fossero le dimensioni di quelle navi gigantesche: la Yamato giapponese dislocava addirittura 72.809 tonnellate e venne facilmente affondata dall'aviazione americana nel 1945. Le moderne navi da guerra si dividono in: - Portaerei. Sono le navi che hanno deciso l'ultimo conflitto mondiale e che hanno sostituito le corazzate. Le portaerei moderne sono veri e propri aeroporti galleggianti. - Incrociatori. Sono navi ben armate e veloci che possono sviluppare un volume di fuoco notevole e che stazzano dalle 3000 alle 10.000 tonnellate. - Cacciatorpedinieri. Simulatori di superficie con dislocamento dalle 2000 alle 4.000 tonnellate. Sono navigli destinati ad operazioni di esplorazione e di "caccia" con la tecnica del branco, per la quale i cacciatorperdinieri operavano in gruppi di quattro (squadriglie) o di otto unità (flottiglie). - Cacciasommergibili. Unità specializzate nella ricerca e distruzione di sommergibili. Esiste tutta una serie di altre navi e battelli usati per scopi particolari; per esempio il pattugliamento costiero veloce viene effettuato con aliscafi, natanti che raggiungono velocità impressionanti, mentre il trasporto truppe nelle acque interne come lagune e paludi viene effettuato con l'hovercraft, un veicolo a cuscino d'aria.

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Navi da guerra

Modello tridimensionale della nave Victory comandata dall'ammiraglio Horatio Nelson nella battaglia di Trafalgar contro la flotta di Napoleone

Modello tridimensionale della nave da battaglia tedesca Bismarck impiegata durante la seconda guerra mondiale

Modello tridimensionale della nave da battaglia americana New Jersey, varata il 6 dicembre 1942 e impiegata durante la seconda guerra mondiale

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