STEP#08

 Materiali

Solcometro a barchetta

Il solcometro, nel gergo nautico viene anche chiamato Log. In inglese log significa tronco di legno, infatti, il solcometro a barchetta, consisteva nel pezzo di legno fissato ad una fune con nodi a distanza regolare, lanciato in mare e lasciato galleggiare. Il pezzo di segno era fissato ai vertici con una legatura a una sagola.

 

• Legno: tessuto vegetale che costituisce il fusto delle piante aventi crescita secondaria. Una volta tagliato, stagionato ed essiccato, il legno è destinato ad un'ampia varietà di utilizzi:
• Può essere lavorato e scolpito con appositi utensili.
• È stato un importante materiale da costruzione fin dalle origini dell'umanità, quando l'uomo iniziò a costruirsi i propri ripari e tuttora in uso.
• È impiegato come combustibile per il riscaldamento e la cucina.
• È impiegato per la produzione della carta, tramite la produzione di polpa di cellulosa, avendo sostituito nell'era industriale il cotone o altre piante, più ricche di cellulosa ma meno abbondanti e quindi meno adatte ai nuovi regimi di produzione.

• Sagola: corda sottile, di diametro indicativamente compreso tra i 1,5 e i 5 mm, utilizzata in tutte quelle situazioni dove non è richiesta una corda di maggiori dimensioni. Sottile cavo di canapa bianca o catramata, usato per alzare bandiere, gettare scandagli, rimorchiare solcometri oppure cavetto di nylon, canapa, cotone che assicura la freccia al fucile subacqueo. Nella pesca sagola per il mulinello permette di disporre di una consistente scorta di filo dalle prestazioni superiori e che non richiederà nessun tipo di manutenzione. Può essere usata in nautica anche come cordino per una boa segna sub.

Solcometro meccanico o ad elica

Presentato alla Esposizione Universale di Parigi del 1865, il solcometro Reynolds ad elica trascinata era un perfezionamento del solcometro a barchetta.

In questo tipo di solcometro la sagola trasmetteva al contatore i giri dell’elichetta di ottone che venivano visualizzati da tre indici che traducevano il numero di giri al minuto in nodi orari.

• Ottone: lega di rame e zinco, contenente fino al 45-50% di zinco; talvolta si aggiungono quantità varie di altri elementi che impartiscono alla lega proprietà meccaniche particolari, ne influenzano la lavorabilità e la inalterabilità agli agenti atmosferici. I principali impieghi dell'ottone:
• Nella fabbricazione di strumenti musicali;
• nel conio di monete;
• nella fabbricazione di rubinetti, valvole e tubazioni;
• nella fabbricazione di oggetti d'arte ottenuti per fusione;
• nell'industria meccanica per la fabbricazione di viti, bulloni e ingranaggi;
• nell'industria chimica per la fabbricazione scambiatori di calore;
• nell'industria elettrica per la fabbricazione di interruttori e contatti.

Solcometro a pressione idraulica

Lo strumento si basa sulla pressione che esercita l’acqua su un corpo immerso in movimento. È formato da un tubetto, noto con il nome di Tubo di Pitot, fissato sotto lo scafo collegato elettricamente a un quadro che indica il il percorso e la velocità della nave.

• Il tubo di Pitot: è utilizzato:
• su tutti gli aeroplani e in automobilismo (tipicamente Formula Uno, durante i test prestagionali); 
• come sensore per la determinazione della velocità macroscopica rispetto all'aria e nelle gallerie del vento per la misurazione della velocità macroscopica della corrente d'aria;
• nell'impiantistica delle bonifiche ambientali per controllare le pressioni differenziali (e quindi le portate) lungo le tubazioni di estrazione/iniezione di gas dal/nel sottosuolo;
•  è uno degli strumenti di misura della velocità macroscopica in condotti di emissione in atmosfera.

Solcometro doppler

Questo genere di solcometro è più sofisticato degli altri strumenti già citati, in quanto costituito da un ecometro che va verso il baso e da un calcolatore elettronico. Questo genere di strumento rivela l’effetto Doppler con il vantaggio, rispetto agli altri solcometri, di calcolare misure che non siano influenzate dalle correnti o da altri movimenti presenti nell’acqua, fornisce la velocità effettiva rispetto al fondo e non alla superficie del mare.

• Ecometro: si distinguono, a seconda della natura delle onde;
• un ecometro ottico, sinonimo di radar ottico;
• un ecometro radioelettrico, sinonimo di radar;
• un ecometro acustico e ultracustico (o ultrasonico);
• usato a bordo di navi come scandaglio (e perciò detto anche ecoscandaglio) per misurare la profondità delle acque, rilevare l’andamento del fondo marino, localizzare banchi di pesci.

STEP#07

 Il solcometro nella letteratura

Nel romanzo Moby Dick di Herman Melville, ambientato nel XIX secolo, il capitano Achab, nella fase in cui, spinto dalla sua cieca ossessione, si avvicina all'equatore in cerca della balena bianca, è costretto a ricorrere al solcometro quale unico strumento disponibile a supporto della navigazione: le bussole, infatti, erano state messe fuori uso dai campi magnetici nel corso di una tempesta e, il capitano stesso, aveva precedentemente distrutto il quadrante, in uno dei suoi attacchi di follia.

Bibliografia:

Herman Melville,  capitolo CXXV "Il solcometro e la sagola" in Moby Dick or The Wale, 1851,

Genere: romanzo.

Fonte: link. 

Libro: Moby Dick.

STEP#06

 Il simbolo

Il solcometro e l'origine del nodo

Nel linguaggio nautico il termine "nodo" equivale all'espressione "miglio marino all'ora". L'origine di tale equivalenza si spiega nel modo seguente: la sagola del solcometro a barchetta  è divisa in parti uguali da contrassegni (nodi), e "nodo" si chiama anche la distanza tra due di essi. Lanciando il solcometro in mare, si faceva filare la sagole e il conto del numero dei nodi corrispondeva alla velocità della nave in quel momento.

Il miglio marino è pari alla lunghezza dell'arco di meridiano sotteso da un angolo di 

1′ sul parallelo medio di 44° 20′.

Note

Nodo in "Enciclopedia Treccani"

Miglio nautico

STEP#05

Come funziona?

Solcometro a barchetta

Per misurare la lunghezza dalla sagola filata, si facevano su questa dei nodi ogni 15,43 metri e si misuravano ad intervallo di tempo di 30 secondi tramite una clessidra. Poiché 15,43 metri in 30 secondi equivalgono a 1852 m/ora, ovvero un miglio per ora, il numero di nodi, che si contavano in 30 secondi, era equivalente al numero di miglia/ora della nave, da cui la misura della velocità in nodi (Knots).

Solcometro a pressione idraulica

La presa dinamica è realizzata con un tubo sporgente dallo scafo e collocato sotto la chiglia, con l'apertura rivolta dalla parte della prua. In questo tubo l'acqua sale per effetto della pressione dinamica, che è data da:

p,d=p,s+(1/2)*w*V^2

- p,s: pressione statica (legge Stevino).

- w: densità dell'acqua di mare.

- V: velocità della nave.

I valori di V vengono poi trasmessi elettricamente a speciali quadranti che indicano continuamente la velocità e il cammino della nave.

Solcometro digitale

Dal principio fisico che definisce la variazione di frequenza (∆f ) subita da un’onda a causa del moto relativo dell’emittente o del ricevente o di entrambe, si risale alla determinazione della velocità della nave. Due trasduttori sporgenti sotto la chiglia emettono dei segnali ultrasonori alla frequenza f,0. I segnali raggiungono il fondo e subiscono un primo effetto Doppler perché esiste un moto relativo tra questo e la nave (sorgente).

I segnali vengono riflessi e ritornano ai trasduttori ove subiscono, sempre per il moto relativo, un nuovo effetto Doppler. Complessivamente il segnale ricevuto ha subito un effetto Doppler (variazione della frequenza) ∆f dato da: 

∆f = 2*f,0*(V/u)

- u è la velocità delle onde ultrasonore in acqua di mare. 

Misurato ∆f si ricava la velocità V della nave, essendo le altre quantità note. I solcometri di questo tipo possono essere impiegati solo quando si naviga in acque non molto profonde (inferiori a 200 m), poiché necessitano della riflessione dell’onda da parte del fondo.

STEP#04

Scienze della navigazione 

Navigazione stimata (dead reckoning)

La navigazione è quella scienza che consente di risolvere i problemi che riguardano lo spostamento di una nave tra due punti della Terra. 

La navigazione stimata utilizza, per la conoscenza della posizione delle navi nei vari istanti, gli elementi stimati. Essa determina la posizione della nave (punto stimato), raggiunta in un certo istante, in base alla conoscenza della traiettoria percorsa (cammino), utilizzando la direzione del moto data dalla bussola e la velocità data dal solcometro.

Storia (History)

La navigazione stimata consisteva nel pianificare la rotta e nel rilevare periodicamente la posizione della nave e la distanza percorsa rispetto ad una posizione nota. I dati del rilevamento venivano riportati ogni giorno su una carta nautica segnando la posizione raggiunta e il punto di partenza per il giorno successivo. La direzione della rotta era facilmente controllabile con a bussola, mentre la misura della distanza percorsa era più complessa. Questa complessità derivava dal fatto che la velocità di una nave doveva essere misurata in un intervallo di tempo e moltiplicare quel valore per il tempo trascorso dall'ultima misurazione. Il risultato di tale misurazione era sempre molto approssimativo, sia a causa della velocità non costante della nave, sia degli strumenti per poco affidabili per la  misurazione del tempo (clessidra, arenario). L'uso delle tavole astronomiche permetteva eventualmente di tarare i segnatempo al sorgere, al culminare e al tramontare del Sole. Per misurare la velocità si usava il solcometro, registrandone ogni mezz'ora il dato su una tavoletta, insieme alla direzione della rotta. Ogni quattro ore si sommavano le misurazioni e , a fine giornata, la rotta e la distanza di registravano sulle carte nautiche.

Bibliografia:

Istituto Tecnico Nautico Manfredonia.

Scienze della navigazione e tecnologie navali.

Navigazione stimata.

STEP#03

Com'è fatto?

Il primo solcometro utilizzato è stato il modello a barchetta. Era un dispositivo artigianale costituito da una tavoletta triangolare di legno zavorrata da un lato, fissata ai vertici con una legatura a una sagola. Calato in acqua, dalla poppa della nave, il solcometro funzionava come una sorta di ancora galleggiante.

Attualmente esistono tre diversi tipi di solcometro utilizzati:

1. solcometro ad elica;
2. solcometro a pressione idraulica;
3. solcometro digitale.

I solcometri meccanici ad elica sono congegni che, per mezzo di giri di un'elica rimorchiata ad una sagola (elica-pesce), danno indicazione della velocità della nave. Il numero di giri viene trasmesso ad un contatore, il quale registra il cammino percorso dalla nave. Tra contatore e sagola è posto un volantino che ha il compito di rendere uniformi le rotazioni.

I solcometri a pressione idraulica sono basati sul principio del tubo di Pitot. Questo è costituito da due prese d'acqua: una statica e una dinamica. I due tubi mandano l'acqua da parti opposte di un diaframma elastico, di un manometro differenziale, tarato empiricamente.

I solcometri digitali sono strumenti basati sul meccanismo di due unità, emittenti e riceventi, sistemate sulla carena e sul bordo della chiglia. La velocità del suono dei segnali delle due unità  si modifica in seguito alla velocità del flusso d'acqua nel quale si muovono.  

Oggi, i mezzi più accurati di misurazione della velocità marittima proviene da misura Doppler. Questo genere di solcometro è più sofisticato degli altri strumenti già citati, in quanto costituito da un ecometro che va verso il baso e da un calcolatore elettronico

Glossario:

• ANCORA GALLEGGIANTE: oggetto pesante e dalla forma particolare, utilizzato, sin dall'antichità, per trattenere le imbarcazioni in un punto preciso.
• SAGOLA: cima di piccolo diametro utilizzata in tutte quelle situazioni in cui non è richiesta, alla cime stessa, una forte resistenza alla trazione.
• ELICA: l'elica è un organo intermediario in grado di trasformare la potenza meccanica, in un albero rotante, in variazione di quantità di moto di un fluido.
• CONTATORE: dispositivo che memorizza il numero di volte che un particolare evento o processo si verifica, oppure la quantità di una sostanza solida, liquida o gassosa che transita sotto il suo controllo. 
• VOLANTINO: organo di manovra a forma di ruota o di disco che serve ad avviare e a mettere in funzione apparecchi meccanici, elettrici ed idraulici.
• TUBO DI PITOT: strumento utilizzato per misurare la velocità macroscopica di un fluido.
• PRESE D'ACQUA: punto della sorgente d'acqua in cui viene attaccata la conduttura che serve a traportarla.
• MANOMETRO DIFFERENZIALE: manometro che misura la differenza di pressione tra due ambienti.
• ECOMETRO: strumento per misurare la distanza di ostacoli tramite la determinazione del tempo intercorso tra l'emissione di un'onda acustica, elastica o elettromagnetica e la ricezione dell'eco dovuto alla sua riflessione da un ostacolo.
• CALCOLATORE ELETTRONICO: calcolatore che esegue i calcoli matematici mediante dispositivi elettronici.

STEP #02

La foto

Una clessidra è accostata al solcometro perché segnava il tempo che la sagola veniva lasciata filare. Dopo trenta secondi si contavano i nodi filati, ottenendo così direttamente la velocità della nave.

Museo del mare di Tortona (AL)

solcometro a barchetta

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