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Qual è la connessione tra il genio poliedrico Leonardo Da Vinci e il grande Canale di Panama? Curiosamente, la sua invenzione secolare – la chiusa a mitra – è ancora utilizzata nella maggior parte delle chiuse del canale. Il suo design è semplice, eppure le chiuse a mitra formano una tenuta stagna perfetta.
Le persone prima di Da Vinci utilizzavano chiuse pesanti e inefficienti che contrastavano la forza di gravità.
Ora, supponiamo che tu sia Da Vinci e che tu abbia installato due portoni in legno a forma di V in un fiume in piena. Nota che il portone è incernierato, e questa è la sua posizione aperta. Cosa pensi che succederà? Esatto – l’acqua corrente costringerà automaticamente il portone a chiudersi. Riguardiamo questa animazione, e notiamo come i bordi angolati del portone assicurino che, una volta chiuso, il giunto formato sia perfettamente aderente.
La forma a V ha anche un altro scopo. Dopo che il portone si chiude, riesci a indovinare cosa succederà al livello dell’acqua? Il livello dell’acqua salirà sul lato destro, e ci sarà una piccola perdita d’acqua sull’altro lato. Tuttavia, man mano che il livello dell’acqua continua a salire, la pressione sulla porta aumenterà. I portoni premeranno l’uno contro l’altro e sigilleranno il giunto della chiusa in modo ermetico. A questo punto, non ci sarà più alcuna perdita d’acqua attraverso il giunto. Questo è un meccanismo perfetto e semplice per ottenere una chiusura ermetica!
I portoni delle chiuse a mitra formano automaticamente una tenuta stagna perfetta, ma come si aprono? Introduciamo delle leve di bilanciamento su entrambi i lati. Anche se 3-4 persone spingessero da entrambi i lati, la pressione dell’acqua è così elevata che questa chiusa non si aprirà. Prima di aprirla manualmente, bisogna assicurarsi che il livello dell’acqua sia uguale su entrambi i lati – basta aprire le valvole di scarico della chiusa a mitra. Ora che il livello dell’acqua si è uniformato su entrambi i lati, basterà una persona per lato per aprire facilmente il portone. Il portone dovrebbe essere completamente aperto in questo modo, in modo che le imbarcazioni possano passare facilmente.
Ecco una piccola sfida. Quando l’angolo del portone è esattamente di 90 gradi, la chiusura dei portoni non avviene automaticamente. Ecco perché l’operatore deve tirare la leva di bilanciamento – dopo un piccolo angolo, la forza dell’acqua aiuterà a formare una chiusura ermetica automatica.
Le persone prima di Da Vinci utilizzavano chiuse pesanti e inefficienti che contrastavano la forza di gravità.
Ora, supponiamo che tu sia Da Vinci e che tu abbia installato due portoni in legno a forma di V in un fiume in piena. Nota che il portone è incernierato, e questa è la sua posizione aperta. Cosa pensi che succederà? Esatto – l’acqua corrente costringerà automaticamente il portone a chiudersi. Riguardiamo questa animazione, e notiamo come i bordi angolati del portone assicurino che, una volta chiuso, il giunto formato sia perfettamente aderente.
La forma a V ha anche un altro scopo. Dopo che il portone si chiude, riesci a indovinare cosa succederà al livello dell’acqua? Il livello dell’acqua salirà sul lato destro, e ci sarà una piccola perdita d’acqua sull’altro lato. Tuttavia, man mano che il livello dell’acqua continua a salire, la pressione sulla porta aumenterà. I portoni premeranno l’uno contro l’altro e sigilleranno il giunto della chiusa in modo ermetico. A questo punto, non ci sarà più alcuna perdita d’acqua attraverso il giunto. Questo è un meccanismo perfetto e semplice per ottenere una chiusura ermetica!
I portoni delle chiuse a mitra formano automaticamente una tenuta stagna perfetta, ma come si aprono? Introduciamo delle leve di bilanciamento su entrambi i lati. Anche se 3-4 persone spingessero da entrambi i lati, la pressione dell’acqua è così elevata che questa chiusa non si aprirà. Prima di aprirla manualmente, bisogna assicurarsi che il livello dell’acqua sia uguale su entrambi i lati – basta aprire le valvole di scarico della chiusa a mitra. Ora che il livello dell’acqua si è uniformato su entrambi i lati, basterà una persona per lato per aprire facilmente il portone. Il portone dovrebbe essere completamente aperto in questo modo, in modo che le imbarcazioni possano passare facilmente.
Ecco una piccola sfida. Quando l’angolo del portone è esattamente di 90 gradi, la chiusura dei portoni non avviene automaticamente. Ecco perché l’operatore deve tirare la leva di bilanciamento – dopo un piccolo angolo, la forza dell’acqua aiuterà a formare una chiusura ermetica automatica.
Se hai mai assistito al prodigio ingegneristico del Canale di Panama, potresti aver visto questa geniale invenzione di Da Vinci in azione. Le chiuse a mitra di Panama sono una versione avanzata del modello originale di Da Vinci. La singola anta più pesante arriva a pesare fino a 730 tonnellate.
Per azionare un portone così gigantesco, è stato installato un potente meccanismo motorizzato. Un braccio in acciaio con tirante collega il portone a una gigantesca ruota dentata. Il motore aziona questa ruota dentata tramite un sistema di ingranaggi e pignoni per moltiplicare la coppia. Il moto rotatorio di questa ruota apre e chiude perfettamente l’anta del portone. In effetti, questo sistema di ingranaggi ha supportato il funzionamento delle chiuse di Panama per 84 anni! Dopo di che, è stato sostituito da cilindri idraulici, rendendo le chiuse più semplici ed efficienti.
Un’altra grande sfida affrontata dagli ingegneri americani è stato l’enorme peso di questi portoni in acciaio. Guarda questi poveri cardini – devono sopportare il peso delle chiuse a mitra. La soluzione più efficiente è stata progettare il portone con una struttura cava. I portoni sono sempre immersi nell’acqua. Il design cavo del portone genera una forza di galleggiamento e riduce la forza sui cardini, risparmiandoli da guasti prematuri.
Il design delle ante mitrate previene con successo le perdite d’acqua tra i portoni, ma cosa dire delle perdite tra il terreno e il portone? Anche a questo problema Da Vinci aveva una soluzione: inserire uno scalino nella regione non apribile del portone. Ora, osserva il movimento della sezione trasversale del portone. Grazie alla stessa forza dell’acqua, i portoni riusciranno quasi a toccare lo scalino, e la perdita attraverso il fondo del portone sarà trascurabile.
Hai mai notato perché i portoni delle chiuse del Canale di Panama hanno bordi stretti? Il motivo è simile a questo esempio. Con la stessa forza applicata, la pressione si moltiplica nei bordi stretti. Questo garantisce una migliore compressione del materiale e una giunzione stagna più solida.
Per azionare un portone così gigantesco, è stato installato un potente meccanismo motorizzato. Un braccio in acciaio con tirante collega il portone a una gigantesca ruota dentata. Il motore aziona questa ruota dentata tramite un sistema di ingranaggi e pignoni per moltiplicare la coppia. Il moto rotatorio di questa ruota apre e chiude perfettamente l’anta del portone. In effetti, questo sistema di ingranaggi ha supportato il funzionamento delle chiuse di Panama per 84 anni! Dopo di che, è stato sostituito da cilindri idraulici, rendendo le chiuse più semplici ed efficienti.
Un’altra grande sfida affrontata dagli ingegneri americani è stato l’enorme peso di questi portoni in acciaio. Guarda questi poveri cardini – devono sopportare il peso delle chiuse a mitra. La soluzione più efficiente è stata progettare il portone con una struttura cava. I portoni sono sempre immersi nell’acqua. Il design cavo del portone genera una forza di galleggiamento e riduce la forza sui cardini, risparmiandoli da guasti prematuri.
Il design delle ante mitrate previene con successo le perdite d’acqua tra i portoni, ma cosa dire delle perdite tra il terreno e il portone? Anche a questo problema Da Vinci aveva una soluzione: inserire uno scalino nella regione non apribile del portone. Ora, osserva il movimento della sezione trasversale del portone. Grazie alla stessa forza dell’acqua, i portoni riusciranno quasi a toccare lo scalino, e la perdita attraverso il fondo del portone sarà trascurabile.
Hai mai notato perché i portoni delle chiuse del Canale di Panama hanno bordi stretti? Il motivo è simile a questo esempio. Con la stessa forza applicata, la pressione si moltiplica nei bordi stretti. Questo garantisce una migliore compressione del materiale e una giunzione stagna più solida.