I tachimetri idraulici

A partire dalla fondazione della scienza idraulica sono numerosi gli strumenti inventati dagli italiani per misurare la velocità delle acque. Per secoli, l’uso dei tachimetri idraulici ha consentito di calcolare le portate di corsi d’acqua e dei canali in modo più attendibile rispetto alle formule teoriche sul movimento. Lo sviluppo tecnologico ha poi semplificato drasticamente i dispositivi di misura, con la prevalenza del solo mulinello idrometrico.

Gli strumenti più semplici anteriori allo sviluppo scientifico sono i galleggianti a palla, che misurano la velocità superficiale nel filone centrale della corrente. Leonardo inventa un dispositivo ad asta che gli consente di esplorare le variazioni di velocità fra lo strato superficiale e quello sottostante (Del moto e misura dell’acqua).

I tachimetri galleggianti per la misura della velocità media

La prima “asta idrometrica” di uso corrente è quella inventata dal ferrarese Nicolò Cabeo (De mensuratione aquarum decurrentium). L’asta idrometrica è un’asta di legno che porta ad un estremo un peso che la trascina verso il basso. All’altro estremo c’è un corpo galleggiante che la sostiene, rendendo visibile la punta sopra la superficie dell’acqua.

Il dispositivo di Cabeo è perfezionato dal lodigiano Giambattista Barattieri (Architettura d’acque), che lo rende più stabile inserendovi una tavola di legno sottile, di larghezza crescente con quella del corso d’acqua.

Il milanese Antonio Lecchi teme che le dimensioni della tavola di Barattieri possano alterare la misura della velocità media e progetta un terzo dispositivo (Idrostatica). Questo ha una forma di “cilindro natante” ed è costituito da semplici tronchi di pioppo: ad un estremo sono legati piccoli pesi, in modo che non tocchi il fondo e l’altro estremo sia a pelo dell’acqua. A quest’ultimo si fissa una verga sottile, che segnala i movimenti del cilindro.

Anche il ferrarese Teodoro Bonati inventa uno strumento cilindrico, che chiama “asta ritrometrica” (Delle aste ritrometriche). Esso differisce da quello di Lecchi nella correzione del peso specifico del legno: non sono più aggiunti pesi ad un’estremità, ma la parte inferiore del cilindro è costituita da metallo.

Il toscano Vincenzo Brunacci inventa il “galleggiante composto” (Sopra un nuovo strumento, il galleggiante composto), costituito da due palle congiunte mediante un filo, la prima più leggera e la seconda più pesante dell’acqua. Aggiustando i pesi e buttando in acqua lo strumento si fa in modo che la palla superiore rimanga sepolta quasi a fior d’acqua. Lasciato in balia della corrente, il galleggiante si muove con moto uniforme e la velocità viene misurata.

I tachimetri fissi per la misura della velocità puntuale

Il primo e più longevo dispositivo fisso per la misura della velocità è la “palla a pendolo” con quadrante del bolognese Domenico Guglielmini (Aquarum fluentium mensura). Una palla pesante più dell’acqua è sospesa ad un filo come un pendolo. La palla è calata nell’acqua corrente e posizionata prima sulla superficie del corso d’acqua e poi in punti sottostanti fino al fondo del canale. In un corso d’acqua a pendenza limitata la palla è sottoposta al peso proprio verticale ed alla spinta idrodinamica esercitata dalla corrente in direzione suborizzontale, avendo come risultato una forza obliqua rivolta verso il basso ed equilibrata dalla trazione in senso contrario dell’operatore.

Il piemontese Francesco Domenico Michelotti (Sperimenti idraulici) sperimenta uno strumento di nuova concezione, chiamato “ruota a palmette”, che gira agilmente attorno al proprio asse ed è sostenuto da un telaio, col quale si alza e si abbassa a piacimento sopra una data corrente. Dal numero dei giri compiuti dalla ruota in un dato tempo si deduce la velocità della corrente nel luogo in cui essa investe le palmette della ruota. Il dispositivo di Michelotti può considerarsi il prototipo del “mulinello idraulico” inventato dal tedesco Reinhard Woltman, destinato nell’Ottocento a soppiantare tutti gli altri tachimetri idraulici grazie alla sua leggerezza e praticità.

Il veneto Anton Mario Lorgna propone la “bilancia idrometrica”, un nuovo strumento di misura che realizza un equilibrio tra un sistema di pesi e la spinta idrodinamica contro un emisfero immerso nella corrente (Della misura della velocità nell’acque correnti). La bilancia idrometrica di Lorgna è un significativo passo avanti verso la taratura degli odierni tachimetri idraulici, in quanto sfrutta la sostanziale identità delle forze che agiscono su un corpo per muoverlo con una data velocità attraverso un fluido stagnante.

Anche il siciliano Leonardo Ximenes è un fecondo inventore di tachimetri idraulici: la “ventola” e la “valvola idraulica” da lui inventati sono in grado di misurare contemporaneamente la spinta e la velocità della corrente. (Nuove esperienze idrauliche). La “ventola” è costituita da un asse verticale che gira attorno a due perni fissi, portando una lastra o ventola rettangolare lungo l’asse medesimo per misurare la velocità a varie profondità. La “valvola” serve a misurare la velocità in superficie, tanto nel filone centrale quanto vicino alle sponde, ed è costituita da un telaio di legno e da una lastra rettangolare; quest’ultima si muove liberamente attorno ad uno dei suoi lembi fissato al telaio.

Il bolognese Giuseppe Venturoli studia due varianti del pendolo di Guglielmini (Elementi di meccanica e d’idraulica). Nel “pendolo idrometrico semplice” il filo che regge la palla passa attorno ad una girella collocata sopra il pelo dell’acqua. Dall’altro capo si sospende un contrappeso capace di tenere ferma la palla investita dalla corrente, ottenendo così la velocità attraverso l’equilibrio delle forze in gioco. Completamente diverso da quello di Guglielmini è il “pendolo idrometrico composto”, costituito da un’asta cilindrica rigida e mobile attorno ad un punto fisso, divisa in piccoli intervalli che s’immergono gradualmente nella corrente e fornendo di volta in volta l’inclinazione dell’asta rispetto alla perpendicolare. Grazie ad un calcolo basato sull’equilibrio dei momenti di rotazione attorno al punto fisso, esercitati dalle forze che agiscono sull’asta, dalla serie degli angoli si risale alla scala delle velocità degli strati.

Infine il romagnolo Tommaso Barbantini propone il “contrappeso idraulico”, che costituisce un perfezionamento del dispositivo ideato da Lorgna. Esso è molto robusto, essendo stato concepito per essere applicato a grandi fiumi come il Po.