Orologio di George Graham
Descrizione
George Graham ha costruito l'orologio con il suo scappamento ad ancora a riposo e il pendolo a compensazione di John Harrison.
Lo scappamento è caratterizzato da un'ancora il cui movimento oscillatorio è sincrono a quello del pendolo, con palette simmetriche di cui sia il profilo interno che quello esterno sono archi di circonferenza con centro nella sospensione dell'ancora. Le palette scorrono lungo i denti della ruota dentata che è mossa dal peso, i quali non incontrano mai superfici di arresto, ma riposano con la sola frizione lungo le pareti delle palette. Quando l'interno della paletta di destra percorre avanti e indietro il dente con cui è in contatto,la ruota dentata è ferma ed è anche ferma la sfera dei secondi che gli è solidale. Uscendo dalla paletta di destra, la ruota avanza di mezzo dente percorrendo il becco della paletta e ricevendone un piccolo impulso. Adesso entra in azione la paletta di sinistra, la cui superficie esterna percorre un dente simmetrico rispetto al primo, in un analogo movimento di andata e ritorno in cui il dente è sempre fermo.
Il pendolo è collegato allo scappamento mediante una lama elastica di acciaio che collabora al movimento, diminuendone lo smorzamento. Il pendolo é del tipo a graticola, composto di barre alternate di acciaio e di ottone, di cui si utilizza il differente coefficiente di dilatazione, per compensare le variazione di lunghezza dovute alle escursioni termiche.
Le prime notizie di inventario sono fornite da due documenti conservati all'Archivio di Stato di Pisa (ASP) con la segnatura: Università, 2° versamento G 9 ordini e negozi (1785-1787). Il primo documento è alle carte 572 e 597. Si tratta di un documento su tre facciate, non datato e sottoscritto da Tommaso Perelli, professore di Astronomia da Francesco Vitali, custode della Specola, e da Filippo Peselli, aiuto della Specola:
Nota di tutti gli Strumenti Astronomici, esistenti nella Specola Pisana. Nella prima stanza si trovano i seguenti, cioè ...
n°3 Un orologio a pendolo di Graams con sua custodia, o sia cassa di legno fissa al muro con viti di ferro (...)
Finalmente seguono gli strumenti che si trovano nell'ultima stanza di da. Specola, cioè n° 16. Un orologio a pendolo colle sue seconde, e con sua cassa fissa al muro con viti di ferro, compagno a quello che si ritrova nella stanza della Meridiana.
Il secondo documento, che è alle carte 574 e 594, su quattro facciate, porta la data del 1° marzo 1763, ed è sottoscritto da Gaetano Innocenzio Fortini, custode dell'Osservatorio Astronomico, che aveva preso servizio proprio in quell'anno, con lo stipendio di 100 scudi, più altri 10 per la pigione della casa, che ricorda anche Arrigo Casali, Provveditore dei Collegi:
Nota di tutti gli Strumenti Astronomici, ed altro, esistenti nell'Osservatorio dello Studio di Pisa.
Nella prima stanza si trovano i seguenti, cioè(...)
n° 3 Un orologio a pendolo del Graam con sua custodia, o sia cassa di legno fissa al muro con viti di ferro (...)
Seguono gli strumenti che si ritrovano nell'ultima stanza
n° 20 Un orologio a pendolo colle sue seconde, e con sua cassa fissa al muro con viti di ferro, compagno a quello che si ritrova nella stanza della Meridiana.
Nel 1769 il Prof. Perelli, insieme al suo aiuto Giuseppe Slop pubblica le sue OBSERVATIONES SIDERUM HABITAE PISIS IN SPECULA ACADEMICA AB ANNO LXV VERTENTIS SAECULI XVIII AD ANNUM LABENTEM LXIX JUSSU ET AUSPICIIS R. C. PETRI LEOPOLDI. La prefazione è duplice; in quella dovuta al Perelli si legge una descrizione dei due orologi di Graham.
Cenno storico
L'osservatorio astronomico aveva in dotazione due orologi di Graham identici. Solo dopo il 1840 l'orologio ora in esposizione viene separato dall'altro e quindi inizia una sua vicenda distinta. Fino a quella data non è possibile dare notizie individuali di ognuno dei due orologi.
Le più antiche notizie di inventario, di cui disponiamo, sono contenute in due documenti conservati all'Archivio di Stato di Pisa con la segnatura: Università, 2 0 versamento G 9 Ordini e Negozi (1785-1787)
Il primo documento è alle carte 572 e 597. Si tratta di un documento su tre facciate, non datato e sottoscritto da Tommaso Perelli, professore di Astronomia, da Francesco Vitali, custode della Specola, e da Filippo Peselli, aiuto della Specola. Questa relazione inventariale è sicuramente anteriore al 1763. Trascriviamo quanto interessa gli orologi:
Nota di tutti gli Strumenti Astronomici, esistenti nella Specola Pisana.
Nella prima stanza si trovano i seguenti, cioè
...
n 0 .3 Un orologio a pendolo di Graams con sua custodia, o sia cassa di legno fissa al muro con viti di ferro.
...
Finalmente seguono gli strumenti che si trovano nell'ultima stanza di d a . Specola, cioè
...
n 0 .16 Un Orologio a pendolo colle sue seconde, e con sua cassa fissa al muro con viti di ferro, compagno a quello che si ritrova nella stanza della Meridiana.
Il secondo documento, che è alle carte 574 e 594, su 4 facciate, porta la data del primo marzo 1763, ed è sottoscritto da Gaetano Innocenzio Fortini, custode dell'Osservatorio Astronomico, che aveva preso servizio proprio in quell'anno, con lo stipendio di 100 scudi, più altri 10 per la pigione della casa. Era presente anche Arrigo Casali, Provveditore dei Collegi. Il contenuto differisce dalla precedente descrizione solo perché in luogo di Specola Pisana si legge “Osservatorio dell Studio di Pisa”.
Nel 1769 il professore di Astronomia Tommaso Perelli, insieme al suo aiuto Giuseppe Slop pubblica la prima serie di osservazioni astronomiche con il titolo:
OBSERVATIONES SIDERUM HABITAE PISIS IN SPECULA ACADEMICA AB ANNO LXV VERTENTIS SAECULI XVIII AD ANNUM LABENTEM LXIX JUSSU ET AUSPICIIS R.C. PETRI LEOPOLDI.
La prefazione è duplice, una dovuta al Perelli, l'altra allo Slop. Lo Slop descrive così i due orologi di Graham:
Prioris generis sunt horologia automata pendulo instructa, quae horas atque horarum minuta prima & secunda indicant. Eorum nobis duo praesto fuerunt a Mechanico ingeniosissimo, eodemque naturalis philosophiae, & matheseos perito Georgio Grahamio ea diligentia elaborata, ut per plures menses, appulsu sideris ad filum in foco telescopii immobilis tensum observato, plerumque accuratissima, raro intra diurnam sideris revolutionem obnoxia errori unius secundi inventa fuerint. Mira haec perfectio singulari penduli constructioni potissimum tribuenda est. Virgae enim ferreae, quibus pendulum componitur, quinta fere lineae parte ad 30. gradus thermometri extenduntur, unde pendulum aestivo tempore instructum tempore hiberno accellertioni diurnae 20. circiter minutorum secundorum obnoxium esse potest. Huius vitii Joannes Harrisson an. 1726. correctionem, qua constans penduli longitudo obtinetur, primus invenit, & eadem in nostrorum horologiorum constructione Georgius Grahamius usus est.
[Traduzione]
Del primo genere sono gli orologi automatici, forniti di pendolo, che indicano le ore e i minuti primi e secondi. Due di questi furono a nostra disposizione, costruiti da Giorgio Graham, ingegniosissimo meccanico nonché buon conoscitore di filosofia naturale e di matematica, lavorati con una tale diligenza, che per più mesi, avendo osservato la sovrapposizione di una stella ad un filo teso nel fuoco di un telescopio immobile, il più delle volte furono trovati accuratissimi, raramente suscettibili dell'errore di un secondo nel corso di una rivoluzione diurna della stella. Questa ammirevole perfezione deve essere attribuita soprattutto alla eccellente costruzione del pendolo. Infatti le aste di ferro, con le quali è fatto il pendolo, sono allungate di circa un quinto di linea a 30 gradi del termometro, cosicché un pendolo regolato durante il periodo estivo può essere suscettibile di una accelerazione diurna di circa 20 minuti secondi durante il periodo invernale. Nell'anno 1726 John Harrison scoprì per primo come correggere questo difetto, in quanto la lunghezza del pendolo è mantenuta costante, & Giorgio Graham si servì di questa nella costruzione dei nostri orologi.
Nella prefazione scritta e firmata dal Perelli si trova invece la seguente descrizione, che aggiunge interessanti informazioni sulla realizzazione del pendolo di lunghezza costante perché compensa in maniera ingegnosa le dilatazioni estive e le contrazioni invernali:
Prioris generis sunt horologia bina automata pendulo instructa, quae horas, & horarum momenta prima, & secunda indicant ab artifice, dum viveret, praestantissimo, eodemque matheseos, & naturalis philosophiae egregie perito Georgio Grahamo, Londini ea diligentia confecti, ut sideris cujuspiam appulsi ad fila in telescopii firmiter muro affixi foco tensa quotidie integros per menses observato, index perraro unico horae momento secundo a coelo aberrare fuerit deprehensus. Ea accuratio, praeter rotarum, & tympanorum compagem faberrime elaboratam, praecipue debetur singurali cuidam invento, cujus auctor Johanes Harrisonus, artifex & Anglus famigeratissimus, anno 1726. fuisse perhibetur. Cum enim corpora universa, praesertim metallica, ita sint natura comparata, ut a calore se nonnihil extendi, a frigore vero contrahi patiantur, necessario sit, ut ferrea penduli virga, per aestatem longior, per hyemem brevior evadat, adeoque penduli oscillationes, per aestatem tardius, per hyemem citius absolvantur, discrimine, quod ad horae momenta secunda viginti diei spatio excurrere potest. Huic incommodo ut obviam iret Harrisonus, pendulum crate quadam, e virgis ferreis, & aurichalcicis alterne dispositis parata suspendit; experimento quippe didicerat aurichalcicas virgas ab eodem calore magis aliquanto, quam ferreas ejusdem longitudinis extendi. Hoc comperto difficili ipsi non fuit machinam excogitare, cujus ope ferreis, & aurichalcicis virgis contrarie agentibus, penduli centrum gravitatis a suspensionis puncto, eodem semper intervallo distaret, eoque pacto perfecta in horologiis motus aequalitas obtineret. Idem postea commodiore via praestitit solertissimi artificis Joh. Ellicoti industria, quemadmodum videre est in horologio eximii operis, quod mihi ante aliquot annos in usum speculae domesticae Florentiam misit.
Il Restauro
Stato prima del restauro
L'orologio è contenuto in una vetrina di legno di ciliegio, certamente di fabbricazione posteriore a quella dello strumento. In particolare il mobile ha solo finalità di protezione, non essendo portante, in quanto è previsto che il meccanismo dell'orologio sia vincolato stabilmente ad una parete.
La vetrina è in buone condizioni anche se molto tarlata: questo fatto testimonia la mancata manutenzione per lungo tempo. È stata trovata mancante di uno dei piccoli rinforzi a squadra che sono applicati in coppia a ognuna delle gambe. È relativamente recente la costruzione della piastra verticale di ottone che sostiene il meccanismo al muro.
La molla piatta di sospensione del pendolo è per 3/4 della sua larghezza tranciata (immagine 2); essa presenta ad una delle estremità un solo foro per il fissaggio mediante spinotto, anziché i due previsti, e questo fa dedurre che non sia più nello stato originale.
Una delle viti del sistema di fissaggio della molla è spanata e quindi non assicura a quest'ultima il serraggio necessario.
Il filo di carica a cui è attaccato il peso non è originale e consiste in una cordicella di acciaio, lunga circa 2.2 metri, che occorre sostituire in quanto certamente dannosa al tamburo in ottone sulla quale si arrotola.
Il peso della carica consiste in un recipiente in ottone tronco-conico (immagine 3) riempito di piombo. Questo è differente da quello dell'orologio gemello, che è cilindrico, e il suo aspetto fa supporre che non sia originale. Il confronto fra i due pesi fornisce ulteriori indicazioni che confermano questo giudizio. Essi hanno massa di circa 4 kg, ma la forma del peso cilindrico è decisamente più in stile con il resto della struttura.
La conoscenza del valore idoneo del peso è importante: infatti si è osservato che con un peso di circa 4 kg l'orologio funziona con ottima precisione, mentre applicando un peso di 2 kg comincia a ritardare sensibilmente.
Il sistema a molla che interviene per non interrompere la marcia dell'orologio quando il peso, giunto a fine corsa, viene disinserito per essere riportato alla posizione più alta, ha un funzionamento incerto. Infatti il piccolo cuneo (immagine 4) di acciaio che deve spingere l'ingranaggio trasmettendogli la forza della molla, ha un inserimento parziale e leggermente obliquo rispetto ai denti del ruotismo.
Sul quadrante si notano vari graffi, più numerosi in prossimità del foro (immagine 5) per la carica.
Nella zona (immagine 6) della sfera dei secondi c'è una piccola zona ossidata, e vicino una evidente ritoccatura della lacca.
Manca la scala di riferimento per la misura dell'ampiezza delle oscillazioni del pendolo, che invece è presente nell'orologio gemello.
L'intervento di restauro
È stata sostituita la molla di sostegno del pendolo utilizzando una lamina di acciaio da molle delle stesse dimensioni di quella precedente, con i due fori per il fissaggio. È stato così ripristinato il fissaggio originale, ricostruendo anche la spina (immagine 7) di ottone mancante.
Si è ritenuto opportuno non sostituire la vite spanata, ma fissarla con sigillante nella posizione che garantisce il serraggio della molla.
È stata costruita una corda (immagine 8) per il peso di carica intrecciando a mano tre coppie di cordino di lino per una lunghezza di circa 2.20 metri. In seguito la treccia è stata imbevuta con un miscuglio caldo di pece e cera d'api, in modo da preservare la corda dall'umidità, mantenendole al tempo stesso la flessibilità necessaria.
L'involucro (immagine 9) del nuovo peso della carica è stato realizzato al tornio, avendo per modello quello dell'altro orologio, ed è stato riempito di piombo fuso. Il gancio di ferro per la corda è stato fatto a mano.
Per quanto riguarda l'intervento sulla vetrina si è proceduto nel modo seguente: tutti gli sportelli sono stati staccati e, una volta liberati dai vetri, sono stati trattati con un prodotto antitarlo. In seguito tutta la struttura di legno è stata sverniciata e lavata con acquaragia; il rinforzo a squadra mancante è stato rifatto e i vetri scheggiati sono stati sostituiti. Si è provveduto poi alla laboriosa operazione di stuccatura dei fori dei tarli.
Successivamente è stata eseguita la "raseratura" delle estremità delle gambe annerite e sciupate dagli inevitabili urti durante la pulizia dei pavimenti. Tutta la struttura in legno è stata quindi spennellata con olio di lino crudo, e in seguito lisciata con paglietta d'acciaio e carta abrasiva fina, sia prima che dopo una generale applicazione con una soluzione di gommalacca espirito in concentrazione da turapori. Infine è stata pulimentata a tampone con spirito e gommalacca in successive concentrazioni.