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.

VIII STEP: I MATERIALI

Archipendolo: Come è fatto

L'archipendolo, essendo uno strumento antichissimo, è formato da materiali che sono sempre stati facilmente reperibili e poco, in un certo senso, all'avanguardia.

La struttura della "versione originale" dell'oggetto, di matrice egizia, era costituita interamente in legno. Questo, ovviamente, è il materiale in assoluto più utilizzato nella storia dell'uomo: non esiste epoca storica, infatti, in cui non sia stato protagonista di uno o più oggetti caratteristici e non solo. Facilmente reperibile praticamente ovunque, è di certo la materia prima più comune con cui sono stati costruiti archipendoli nella storia; nonostante l'Egitto non sia una regione famosa per i suoi boschi, è pur vero che la quantità di legname da utilizzare per realizzare l'oggetto è veramente irrisoria.

Il filo a piombo non ha bisogno di grandi spiegazioni: il pesetto è, come dice il nome, di piombo; il filo, dal canto suo, può essere sia di canapa che di nylon. Tuttavia, dato che il nylon è un materiale decisamente recente (1938) il filo è sempre stato costituito da canapa.

Alcuni archipendoli, in età rinascimentale, sono stati costruiti anche utilizzando ottone e leghe metalliche simili. Tuttavia, questo tipo di oggetti venivano usati principalmente in ambito militare (es. archipenzolo da bombardieri https://catalogo.museogalileo.it/oggetto/ArchipenzoloBombardieri.html), e non in quello civile.

Il vantaggio di questi, ovviamente, è la miglior resistenza all'usura e la maggior precisione con cui si riesce a tarare lo strumento (come è noto, il legno è sensibile all'umidità, e non essendo note, agli Egizi, tecniche impermeabilizzanti per questo materiale, è evidente la validità dell'affermazione).

Archipenzolo da bombardieri

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.

IV STEP: LA SCIENZA

Archipendolo: La scienza dietro l'oggetto

Sebbene l'archipendolo sia uno strumento fondamentale nel campo dell'edilizia, esso è stato presto sostituito dalla più pratica livella araba. Nonostante ciò, è possibile trovare un'altra disciplina che si avvalga dell'uso dell'oggetto: la topografia.

Letteralmente la parola, derivante dal greco, significa "descrizione del luogo mediante disegno", ed indica l'insieme di strumenti e procedure che permettono di studiare una porzione limitata di terreno trascurando la complicazione rappresentata dalla curvatura terrestre.

L'obiettivo più pratico di questa scienza è quello di fornire il cosiddetto "rilievo topografico" della zona considerata: si capisce facilmente, quindi, come sia stato proprio l'archipendolo ad influenzare la nascita di questa disciplina. Infatti, già gli antichi egizi (veri promotori di tali studi) utilizzavano l'oggetto sopracitato per ridisegnare i confini tra proprietà, per misurare l'estensione dei campi e per la costruzione di piramidi e templi. 

Storicamente, la topografia rappresenta la base di tutte quelle tecniche che sono considerate ora appartenenti alla cartografia (terrestre e navale), ed anche per questo il termine, pur derivando dal greco, è di recente fattura: fu coniato, infatti, nel corso del XVIII secolo.

Fonte delle informazioni e dell'immagine: Renato Cannarozzo Lanfranco Cucchiarini William Meschieri: "Misure, rilievo, progetto". https://online.scuola.zanichelli.it/cannarozzomisure-files/Volume_1/Approfondimenti/Zanichelli_Cannarozzo_Vol1_UnitaB1_07.pdf