In molte macchine l'energia viene trasportata da una parte all'altra tramite delle sbarre che girano. Gli ingegneri chiamano queste sbarre alberi motore. In queste macchine quindi l'energia fluisce attraverso alberi motore.
Se getti uno sguardo sotto un autocarro, allora potrai forse notare l'albero di trasmissione (figura 1). Attraverso questo albero l'energia fluisce dal motore alle ruote posteriori. Nella figura 2 si vede un albero di trasmissione che congiunge una turbina al generatore di elettricità. La figura 3 mostra un ventilatore elettrico così come potete costruirlo voi. L'energia fluisce dal motore alla ventola attraverso un albero di trasmissione. Nella maggior parte dei casi gli alberi motore sono di forma cilindrica e di acciaio.
Qual è in queste macchine il portatore di energia? Forse sei portato a pensare che sia l'albero di trasmissione. Questo però non può essere! Il portatore di energia deve infatti muoversi dalla fonte al ricevitore, cosa che l'albero di trasmissione non fa. L'albero di trasmissione non è il portatore di energia, è solo la condotta attraverso la quale il portatore fluisce. Il portatore di energia deve essere qualcosa d'altro che fluisce attraverso l'albero di trasmissione trasportando l'energia. Forse che attraverso l'albero di trasmissione fluisca uno dei portatori di energia che già abbiamo incontrato in precedenza? Possiamo tranquillamente escludere acqua e benzina dal momento che l'albero di trasmissione non è vuoto all'interno o quanto meno non deve esserlo. Rimarrebbe l'elettricità. Ma sappiamo che l'elettricità può fluire solo attraverso dei metalli. Un albero di trasmissione però può essere fatto anche di legno o plastica come illustrato nella figura 4.
Il portatore che trasporta energia attraverso l'albero di trasmissione è quindi per noi qualcosa di nuovo! Lo chiamiamo quantità di rotazione. È un portatore che non si può né vedere, né afferrare. Malgrado ciò la quantità di rotazione può essere percepita.
Nella figura 1 l'energia fluisce con il portatore quantità di rotazione dal motore verso le ruote posteriori. Nelle centrali elettriche la quantità di rotazione trasporta l'energia dalla turbina al generatore di corrente.
|
Riassunto: L'energia che fluisce attraverso un albero di trasmissione viene trasportata dalla quantità di rotazione. |
Esercizi:
Alcuni alberi di trasmissione, a dipendenza della funzione svolta, hanno dei nomi particolari. Ecco alcuni esempi:
Albero cardanico: in molte automobili il motore si trova nella parte anteriore ma le ruote motrici sono quelle posteriori. In questi casi l'energia fluisce attraverso l'albero cardanico dalla parte anteriore a quella posteriore.
Albero a gomiti: l'albero motore dei motori a diesel e a benzina a seguito della sua forma viene chiamato albero a gomito o biella.
Albero a perno: a un trattore si possono attaccare delle macchine. Molte di queste macchine hanno bisogno di energia trasportata dalla quantità di moto angolare.
Le fonti di energia, che trasferiscono energia al portatore quantità di rotazione, sono facilmente riconoscibili. Hanno come giunto quasi sempre un albero di trasmissione (figura 5).
Queste fonti sono ad esempio il motore elettrico, il motore a benzina, la ventola, la turbina ad acqua. Anche tu puoi dare energia con il portatore di energia quantità di rotazione. Lo fai sempre quando giri qualcosa, ad esempio quando usi il temperino per far la punta alle matite o quando macini il pepe con l'apposito macinino.
 |
|
Fonti d'energia per il portatore quantità di rotazione: turbina ad acqua, motore elettrico e motore a benzina |
Allo stesso modo è anche facile riconoscere i ricevitori di energia, che ricevono energia dal portatore quantità di rotazione. Anche questi hanno di solito un albero di trasmissione (figura 6). Tra questi possiamo citare la dinamo, la turbina, l'elica, le pompe dell'acqua. Se il ricevitore ottiene energia non da una macchina ma dall'uomo, allora sarà di solito provvisto di una manovella. Alcuni esempi sono riportati nella figura 7.
 |
 |
|
Ricevitori d'energia dal portatore quantità di rotazione: dinamo della bicicletta e pompa ad acqua |
Ricevitori d'energia dal portatore quantità di rotazione: trapano e macinino per caffè e formaggio |
|
Riassunto: Le fonti ed i ricevitori dell'energia trasportata col portatore quantità di rotazione si riconoscono facilmente dal fatto che generalmente sono provvisti di un albero di trasmissione. |
Esercizi:
La figura a lato mostra la ruota posteriore di due motociclette. In entrambi i casi il motore rappresenta la fonte di energia e la ruota posteriore il ricevitore. Nel primo caso l'energia viene trasportata tramite una catena. Nel secondo caso si ha un albero di trasmissione cardanico. Il motore e la ruota posteriore sono collegati da un albero di trasmissione. In questi casi quindi il portatore di energia è la quantità di rotazione.
Per arrotolare la tenda da sole (vedi figura) è necessaria energia. In basso si ha di solito una manovella. La quantità di rotazione trasporta l'energia dalla manovella al rullo: fluisce assieme all'energia attraverso l'albero di trasmissione.
Nella parte inferiore di un foro di trivellazione vi è bisogno di energia per continuare lo scavo. La fonte di energia è un motore che sta in superficie (vedi figura). L'energia viene trasportata in basso tramite la quantità di rotazione. L'energia fluisce assieme al portatore quantità di rotazione attraverso la trivella.
La quantità di rotazione è invisibile. Malgrado ciò possiamo cercare di studiarla più da vicino. Fino ad ora abbiamo potuto determinare per ogni portatore di energia se era del tipo vuoto a rendere o vuoto perso. Come stanno le cose nel caso del portatore quantità di rotazione? I portatori di energia del tipo vuoto a rendere si riconoscono dal fatto che fonte e ricevitore sono collegati da due condotte. C'è una condotta d'andata ed una di ritorno. Nel caso invece di portatori del tipo vuoto perso vi è una sola condotta.
Nel caso del portatore quantità di moto fonte e ricevitore sono collegati da una o due condotte? A prima vista la risposta sembra chiara: fonte e ricevitore cono collegati da un solo albero di trasmissione. Di conseguenza la quantità di rotazione dovrebbe essere un portatore di energia del tipo vuoto perso. Guardiamo però le cose un po' più da vicino.
La figura 8 ritrae un modello di una centrale idroelettrica. Dietro si trova una turbina ad acqua e davanti una dinamo. Alla dinamo è collegata una lampadina. Turbina e dinamo sono collegate tra di loro da un albero di trasmissione. Lasciamo ora scorrere dell'acqua attraverso la turbina. La ruota della turbina comincia a girare, e l'albero di trasmissione della dinamo che è collegato alla turbina comincia anch'esso a girare. Se ora dell'energia fluisse attraverso l'albero di trasmissione dalla turbina alla dinamo, la lampadina dovrebbe accendersi. Ma questa non si accende! Sembra non ricevere energia dalla dinamo che quindi a sua volta sembra non ricevere energia dalla turbina.
 |
|
Modello di centrale idroelettrica. |
Come mai? Nella costruzione di questa semplice centrale si è commesso un errore. La dinamo infatti può muoversi liberamente sospesa in aria. Di conseguenza non è solo l'albero di trasmissione della dinamo a girare, ma anche la dinamo con la lampadina (figura 9).
Affinché la nostra centrale funzioni, la dinamo deve essere mantenuta fissa. La figura 10 mostra la nostra centrale con la dinamo fissata. La dinamo è stata fissata con una seconda sbarra alla turbina. Ora la lampadina si accende! Dinamo e turbina devono quindi essere raccordate con due collegamenti. Attraverso un collegamento fluisce la quantità di rotazione caricata di energia dalla fonte al ricevitore. Attraverso la sbarra fissa rifluisce invece la quantità di rotazione senza energia, cioè "vuota". La quantità di rotazione necessita quindi di una condotta d'andata e di una di ritorno. Ora ti rendi conto che siamo stati troppo precipitosi quando abbiamo definito la quantità di rotazione un portatore del tipo vuoto perso! Il portatore di energia quantità di rotazione è un portatore di energia del tipo vuoto a rendere.
Invece di utilizzare una sbarra come condotta di ritorno, avremmo anche potuto semplicemente fissare con delle viti turbina e dinamo ad un stesso tavolo (figura 11). In questo caso il tavolo avrebbe svolto la funzione della condotta di ritorno. Avremmo anche però potuto tenere con le nostre mani la turbina e la dinamo (figura 12). In questo caso la quantità di rotazione sarebbe fluita di ritorno attraverso le nostre mani e le nostre braccia.
Se la fonte e il ricevitore sono sufficientemente pesanti, allora basta disporle su di un tavolo. In tal modo la quantità di rotazione fluisce di ritorno attraverso il tavolo.
Ora siamo in grado di fare uno schizzo di un diagramma di flusso dell'energia per il nostro esempio di centrale idroelettrica (figura 13).
|
Riassunto: La quantità di rotazione necessita di una condotta di ritorno per trasferire energia. È un portatore di energia del tipo vuoto a rendere. |
Esercizi:
Materiale necessario:
Come prima cosa si collega la lampadina alla dinamo. Il trapano elettrico deve ora mettere in funzione la dinamo: in altre parole la dinamo deve ricevere energia dal trapano tramite il portatore di energia quantità di rotazione. A questo scopo si collega l'albero di trasmissione della dinamo al trapano. Si afferra ora il trapano con entrambe le mani e lo si mette in funzione. La lampadina si accende? In un secondo momento si prende il trapano con una mano e la dinamo con l'altra. Si accende ora la lampadina avviando il trapano? Qual è il percorso del portatore di energia quantità di rotazione?
Che vi siano due collegamenti nel caso in cui il portatore di energia sia l'elettricità, appare evidente anche dal fatto che tutte le prese elettriche sono munite di almeno due spine. Che anche al portatore di energia quantità di rotazione siano necessarie due condotte, non appare evidente ad una prima osservazione. Nelle centrali a vapore la quantità di rotazione fluisce di ritorno attraverso il basamento su cui il generatore e la turbina sono montati. Nel caso di un macinino da caffè elettrico, il portatore ritorna alla fonte (cioè al motore elettrico) attraverso il telaio dello stesso macinino.
La condotta di ritorno è quindi il supporto sul quale sono fissati fonte e ricevitore. Questa condotta di ritorno non è appariscente nella misura in cui il supporto è comunque "sempre" presente. Per la condotta di ritorno non viene costruito nessun collegamento particolare (essendo questo già presente), risparmiando così del materiale.
Bisogna comunque accertarsi che questa condotta di ritorno sia affidabile, soprattutto quando il flusso della quantità di rotazione è molto elevato. La figura 14 mostra come un motore elettrico potente venga fissato al suolo. La quantità di rotazione fluisce attraverso le viti dal suolo nuovamente al motore.
|
Riassunto: Quale condotta di ritorno per il portatore di energia quantità di rotazione si utilizza spesso il supporto su cui fonte e ricevitore sono fissati. |
Esercizi:
Come ben sai è pericoloso quando l'elettricità passa attraverso il tuo corpo. Quando il flusso di corrente è molto basso, tu non percepisci praticamente niente. Una situazione simile si ha con la quantità di rotazione. Dei flussi molto deboli della quantità di rotazione non sono percepibili. Dei flussi molto grandi invece si percepiscono e possono essere anche pericolosi.
La sensazione che si prova quando si è attraversati da una corrente di quantità di rotazione può essere descritta nel seguente modo: la quantità di rotazione vorrebbe "avvitarti" (figura 15).
Quando la quantità di rotazione scorre non attraverso un uomo ma attraverso un oggetto, allora sarà l'oggetto a sentire "l'avvitamento". A volte ciò è visibile dalla forma che l' oggetto assume.
Ritaglia un pezzo rettangolare di plastica e sottoponilo ad un circuito di quantità di rotazione come raffigurato nella figura 16. Il pezzetto di plastica viene deformato dalla corrente di quantità di rotazione che lo attraversa. Anche la matita "sente" la corrente della quantità di rotazione che l'attraversa. Solo che in questo caso non si "vede" nulla poiché la matita è più rigida della plastica.
Il percorso dell'energia e della quantità di rotazione nel temperare una matita è mostrato nella figura 17. Dai muscoli della mano destra la quantità di rotazione trasporta energia attraverso la matita fino alla lama del temperino. Qui l'energia viene scaricata e la quantità di rotazione fluisce di ritorno attraverso il braccio sinistro a quello destro.
|
Riassunto: Un flusso di quantità di rotazione tende ad avvitare ogni oggetto attraverso il quale scorre. |
XXX