XXVI STEP: LA CHIMICA E GLI STRUMENTI SCIENTIFICI

Archipendolo: Legami con la scienza

Come è facilmente intuibile, l'archipendolo non è uno strumento che viene utilizzato per i suoi legami con la chimica; l'unico rilevante principio scientifico cui si può ricondurre senza andare fuori tema è legato al campo gravitazionale.

Ora, di certo gli Egizi, quando hanno inventato questo strumento, non avevano in mente il concetto di campo di forza; la scelta dei materiali, quindi, risponde semplicemente ad un'esigenza di tipo pratico. Infatti, non sono le proprietà chimiche del legno che lo rendono ottimo per costruire un archipendolo, ma semplicemente la sua ampia disponibilità. Per quanto riguarda il piombo, invece, il discorso è leggermente diverso.

Infatti, se si cerca tra i tanti metalli utilizzati nell'Età Antica, il piombo non è di certo tra questi. Inizialmente, si usava qualsiasi tipo di corpo, dato che, come ci è noto da concetti di fisica decisamente più "attuali", tutti i corpi sono soggetti all'attrazione dovuta al campo gravitazionale terrestre. 

Dal punto di vista "strutturale" (ma comunque, più fisico che chimico), il peso di piombo viene utilizzato perché, rispetto ad altri metalli, ha un miglior rapporto difficoltà di lavorazione/usura. Inoltre, rispetto, per esempio, ad un sasso, la sua massa è distribuita in maniera più uniforme, e quindi risponde all'attrazione gravitazionale in modo migliore (in sostanza, oscilla meno di altri corpi prima di fermarsi).

La caratteristica chimica che si può prendere in considerazione è semplicemente il numero atomico: il piombo è l'82° elemento della tavola periodica, il che implica che, rispetto ad altri metalli, ha un maggior numero di protoni e neutroni (che rappresentano la gran parte della massa atomica). Questo fa sì che, fisicamente,  l'atomo di piombo pesi di più rispetto a quello di altri metalli, quindi si nota di più l'allineamento con la verticale rispetto alla superficie terrestre.

  XXII STEP: UN MANUALE D'USO

Archipendolo: Istruzioni

Come per tutti gli strumenti, anche per l'archipendolo è possibile raccogliere le principali modalità d'impiego in un manuale che illustri le varie fasi del suo utilizzo.

In generale, i due utilizzi principali dell'archipendolo sono i seguenti:

1) Verifica dell'orizzontalità di un piano;

2) Segnatura delle linee di confine di una proprietà.

L'interesse dei due usi selezionati è dato dal parallelismo storico: il primo è quello classico, motivo per cui nasce come strumento; il secondo, invece, è riferito all'ambito di maggior impiego dell'archipendolo in età moderna. Per la facilità di costruzione e di utilizzo, infatti, molti contadini si affidano a questo strumento per segnare i confini dei propri campi.

1. Verifica dell'orizzontalità di un piano

Come accennato già in altri post, l'unica difficoltà di utilizzo dell'archipendolo risiede nella taratura: è importante, infatti, segnare bene sulla traversa le tacche rappresentanti l'angolo di scostamento del filo a piombo dalla posizione di equilibrio (che si stabilisce a partire dal posizionamento dell'archipendolo su un piano di cui si conosce con certezza l'orizzontalità). Per semplici nozioni di geometria elementare, infatti, tale angolo è esattamente pari all'angolo di inclinazione del piano considerato, quando su di esso viene posto lo strumento. 

In sostanza, tutto ciò che si deve fare per posizionare orizzontalmente un piano, è inclinarlo finché il filo a piombo dell'archipendolo posto su di esso non si allineai esattamente alla tacca centrale della traversa. 

2. Segnatura delle linee di confine

Per segnare i confini di una proprietà, basta costruire un archipendolo molto grande, con supporti piuttosto lunghi (anche 1.5 metri) e procurarsi un filo a piombo proporzionale alle dimensioni dell'archipendolo.

Quando si deve tracciare una linea sul terreno per piantare un paletto di confine, si posiziona una "gamba" dell'archipendolo in prossimità del paletto, e si fa con essa da perno, muovendo l'altra, finché non si raggiunge la posizione di equilibrio del filo a piombo rispetto allo strumento. 
Non appena questa viene raggiunta e il filo smette di oscillare, si segna la posizione del secondo "piede" dell'archipendolo, in modo da piantare il palo in un secondo momento; contestualmente, si fa da perno con la "gamba" che prima era stata spostata, e si ripete l'operazione appena descritta con il sostegno che prima era fermo.

Quest'operazione si ripete per tutta la lunghezza del confine da tracciare.

NOTA:

Cercando su internet come si sfrutta il principio di funzionamento dell'archipendolo, tra i vari video sul filo a piombo, il primo inerente l'archipendolo che compare nella pagina di YouTube è il seguente (è linkato il momento in cui si mostra come tracciare una linea di confine): https://youtu.be/gjE-6B13hkQ?t=122.

  XI STEP: I COSTRUTTORI

Archipendolo: Fabbricazione

L'archipendolo, nella sua semplicità, è uno strumento che chiunque può costruire. Non essendo, inoltre, un oggetto che viene utilizzato al giorno d'oggi (dato che esistono calcolatori elettronici e livelle molto più precisi), non esistono "case produttrici" in senso stretto, relative all'archipendolo.

L'unica difficoltà, che è però solo relativa, nella costruzione dell'oggetto è recuperare un filo a piombo. Dico relativa in quanto ormai, grazie alle potenzialità degli online stores, è molto più facile trovare anche questo componente. 

Oltre alla fabbricazione lo strumento, in quanto tale, va tarato: questa è l'unica operazione davvero complessa, in quanto sono necessari una grande precisione, tanta pazienza, e la possibilità di piazzare l'archipendolo su una superficie che sia perfettamente orizzontale. 

Lascio qui un link ad un video youtube che mostra come costruire e tarare un archipendolo di grandi dimensioni (utile, ad esempio, a tracciare linee di confine tra proprietà): https://youtu.be/yuWdIzG9cf4. Ovviamente è possibile realizzarne anche di dimensioni molto più contenute.

V STEP: IL PRINCIPIO FISICO

Archipendolo: Come e perché funziona

Il principio fisico che sta alla base del funzionamento dell'archipendolo è legato alla forza di gravità. Infatti, sulla superficie terrestre agisce un campo gravitazionale, le cui linee di forza sono perpendicolari alle superfici equipotenziali del campo (ciò vale per tutti i campi vettoriali centrali la cui espressione è asintotica a 1/r^2, con r distanza tra il centro e il punto considerato). Si può affermare, dunque, che la forza di gravità agisce perpendicolarmente alla superficie equipotenziale del campo gravitazionale terrestre nel punto considerato; ciò, tuttavia, si può approssimare senza commettere errori troppo grossolani, affermando che la Terra sia assimilabile ad una sfera perfetta, e che quindi la sua superficie sia esattamente equipotenziale. Ciò equivale all'affermazione: "un filo a piombo si dispone, rispetto alla superficie terrestre, lungo la verticale al suolo in quel punto, ovvero in direzione radiale". 

Il principio di funzionamento dell'archipendolo è tutto qui: lo strumento viene fissato a terra grazie ai supporti di legno di cui è dotato, il filo a piombo si dispone lungo la verticale in quel punto ed il suo scostamento rispetto alla tacca di riferimento aiuta a capire di quanto il piano considerato si discosti dall'essere orizzontale.

La tacca di riferimento, ovviamente, viene misurata a priori; l'operazione che viene compiuta è detta taratura dello strumento, e consiste semplicemente nell'utilizzare l'archipendolo su un piano di cui è nota con ottima approssimazione l'orizzontalità, aspettare che il filo a piombo smetta di oscillare attorno alla posizione di equilibrio e segnare la tacca sulla traversa dello strumento.