Barometro di Fortin
Tratto da Roberto Vergara Caffarelli, STRUMENTI SCIENTIFICI TRA XVIII E XIX SECOLO NEL DIPARTIMENTO DI FISICA DELL' UNIVERSITA' DI PISA, in:C.A. Segnini e R. Vergara Caffarelli, ANTICHI STRUMENTI SCIENTIFICI A PISA (SEC. XVII - XX), pp. 117 - 119, Pisa, 1989.
Descrizione
Questo strumento è detto a vaschetta a livello costante . Per un barometro che deve essere trasportabile è importante la leggerezza, perciò il tubo barometrico è stretto (circa 7 mm di diametro interno) e anche la vaschetta è stretta (circa 3 cm di diametro): si usa poco mercurio e le variazioni di livello del mercurio nella vaschetta e nel tubo sono comparabili.
La vaschetta (a sinistra nella fig.1) consiste in un cilindro di vetro DD, che lascia vedere il livello del mercurio, chiuso superiormente da un collare BB, di legno di bosso, unito a un disco dello stesso legno, su cui preme un anello o ghiera di ottone CC e inferiormente da un pezzo anulare MMNN, sempre di bosso, avvitato a una ghiera cilindrica GEFH di ottone. Il disco di legno forma la superficie interna del coperchio, il pezzo anulare insieme al cilindro di vetro invece costituisce la superficie laterale, in maniera da preservare il metallo dal contatto con il mercurio, quando la vaschetta è piena. Le due ghiere sono tenute insieme mediante tre viti, come quella CH rappresentata nella figura. Al pezzo MMNN è legata una pelle preparata di camoscio o di capra, che costituisce il fondo mobile della vaschetta.
Alla pelle è unito in basso un turacciolo con un incavo in cui si interna una vite Q: girando a destra o a sinistra si alza o abbassa la pelle e quindi il mercurio della vaschetta.
L'anello BB porta una punta d'avorio A la cui estremità segna lo zero della scala e quindi il livello che deve raggiungere il mercurio quando si adopera lo strumento. Nelle misure più precise si controlla lo zero della punta d'avorio mediante un catetometro.
L'anello di bosso BB ha un foro attraverso il quale passa la canna barometrica. Questa ha una strozzatura verso il basso e termina in forma di cono molto allungato, per impedire l'ingresso dell'aria. La canna viene unita alla vaschetta per mezzo di un altro pezzo di pelle di camoscio forato al centro: il bordo viene unito al collare BB, il foro viene fermato intorno alla strozzatura. Questa pelle impedisce al mercurio di uscire dalla vaschetta e nello stesso tempo permette all'aria di esercitare all'interno la sua pressione sul mercurio. Dato che la pressione atmosferica si trasmette al mercurio della vaschetta attraverso i pori della pelle di camoscio, se si trasporta il barometro, occorre aspettare qualche tempo prima che l'equilibrio sia stabilito.
Il tubo di vetro, lungo circa 80 cm, è rinchiuso in un astuccio di ottone, a cui è tenuto fermo lateralmente per mezzo di anelli di gomma. L'astuccio è avvitato alla vaschetta. In alto, il tubo di vetro è fermato da un turacciolo di sughero. L'astuccio , che termina in un coperchio ad anello, ha due opposte fenditure longitudinali che lasciano vedere la parte superiore della colonna di mercurio, la sola che si osserva.
Lungo il tubo di ottone scorrono due ghiere, unite rigidamente tra di loro, ma separate da uno spazio attraverso il quale si può vedere il livello del mercurio. La ghiera superiore porta un nonio, di cui lo zero è il bordo orizzontale inferiore della ghiera stessa; quella inferiore porta un bottone con cui si fa girare una ruota dentata lungo una cremagliera realizzata lungo il lato di una delle due fenditure del tubo.Sul lembo destro di una fenditura è incisa la scala che deve misurare l'altezza barometrica, cioè la differenza di livello fra le due superfici libere del mercurio, nella vaschetta e nel tubo. I numeri incisi danno i centimetri, le divisioni sono millimetriche.
Un termometro è fissato con viti all'astuccio di ottone. Il suo bulbo è in genere coperto esternamente e penetra per una apertura nell'interno dell'astuccio, in maniera da dare con maggiore approssimazione la temperatura del mercurio.
Uso
Prima di iniziare una osservazione occorre istallare il barometro verticalmente. A questo fine si utilizza una sospensione cardanica, utile soprattutto all'aperto. In laboratorio si usa una placca rigida, con in alto un gancio e in basso un anello attraverso il quale si fa passare la vaschetta. Il barometro si dispone da se in verticale e poi viene fissato in tale posizione mediante tre viti sistemate nell'anello, cosicché lo strumento è immobile.
Alzando o abbassando il fondo della vaschetta per mezzo della vite, si porta il livello del mercurio nella vaschetta a contatto colla punta d'avorio. Quando la punta non la tocca, la superficie del mercurio taglia a metà la distanza tra la punta d'avorio e la sua immagine; al momento di immergersi, la punta deprime il mercurio intorno a se: l'osservatore se ne accorge perché si vede una aureola luminosa che proviene dalla riflessione della luce sulla superficie della depressione.
Per questo ogni tanto occorre pulire la superficie del mercurio. Si fa la lettura, muovendo il nonio fino al momento in cui l'occhio, posto nel piano orizzontale che contiene gli orli inferiori della ghiera, che sono lo zero del nonio, vede questi orli tangenti alla superficie convessa del menisco del mercurio. L'osservazione deve essere orizzontale per evitare errori di parallasse. Per misure precise occorre fare la correzione della capillarità. La correzione viene fatta per mezzo di tavole che danno la depressione capillare in funzione del diametro del tubo e della distanza tra sommità e base del menisco (il menisco non ha l'aspetto brillante della colonna). Si ha una maggior precisione confrontando il barometro di Fortin con un barometro standard per alcune settimane: le osservazioni devono presentare una differenza costante, perché la depressione capillare è necessariamente costante; a questa si aggiunge l'eventuale l'inesattezza dello zero, quando non coincide con la punta di avorio. Un vuoto imperfetto sopra la colonna di mercurio è un'altra causa di errore.
Dato che il calore modifica la densità del mercurio, perché le diverse osservazioni barometriche siano comparabili occorre riportarle alla temperatura di O°: si ottiene una correzione approssimata, moltiplicando l'altezza osservata per (1-T°/5500), qui T° è la temperatura in gradi centigradi. Per questo motivo il barometro porta incorporato il termometro. Una correzione più piccola è dovuta alla dilatazione della scala di ottone, che si corregge moltiplicando per il fattore (1+1,00018T°). I metereologi correggono anche l'altitudine, riducendo al livello del mare.
Quando si vuole trasportare il barometro, si alza il fondo della vaschetta in modo da riempire con il mercurio tutto il tubo; poi si rovescia la vaschetta in alto. Senza questa precauzione, a causa della elasticità della pelle di camoscio il mercurio potrebbe rimbalzare dal fondo della vaschetta verso l'estremità superiore che potrebbe rompersi per l'urto.
Cenno storico
Questo barometro economico e trasportabile viene attribuito a Nicolas Fortin (Mouchy-la-Ville 1750 - Paris 1831). M.Daumas nel suo libro su Lavoisier dice che la vaschetta barometrica che prese in nome di Fortin era già usata da parecchi costruttori fin dal 1770. Fortin verso il 1810 diede alla vaschetta la forma cilindrica e le proporzioni convenienti, inaugurando un modo di realizzazione più robusto. Era adoperato nelle stazioni dell'Associazione metereologica italiana.
Il restauro
Stato prima del restauro
Nella parte alta della colonna graduata troviamo inciso il n°72.
Accompagna lo strumento una targhetta metallica, rossa dellíIstituto di Fisica Sperimentale con inventario n°11.
Lo strumento ha subito negli anni passati un rifacimento di alcune parti essenziali per il funzionamento. È probabile che una caduta dello strumento abbia provocato la rottura delle parti in vetro e nel tempo siano andati perduti quei pezzi originali di legno e metallo che formavano parte del contenitore del mercurio.
Intorno al 1960 sono stati ricostruiti in modo non inerente all'originale, quei pezzi necessari a riassemblare lo strumento allo scopo di far funzionare il barometro (al momento riempito di mercurio, ma con una indicazione della pressione più bassa di alcuni cm/Hg).Questi pezzi sono: la canna di vetro lunga circa 85cm, la quale ha all'estremità aperta una semplice strozzatura in luogo della classica forma ad ampolla che troviamo evidenziata nei disegni antichi, il cilindro di vetro che originariamente serviva a contenere in zona visibile il mercurio, lo troviamo adesso sostituito da un cilindro di plexiglas tornito agli estremi per adattarne il diametro alle sedi delle flange, la flangia superiore della vaschetta che si raccorda con la canna graduata del barometro, in origine di ottone, la vediamo ricostruita di ferro, con tre fori passanti per le colonnine di fissaggio (sulla flangia inferiore originale troviamo oltre ai tre fori filettati, altri tre fori passanti ad indicare che forse le viti lunghe di tenuta erano sei e montate in modo contrapposto). Sempre sulla flangia superiore troviamo che essa è prolungata oltre la zona filettata, al fine di potervi attaccare la cuffietta di camoscio che va alla canna di vetro, dal momento che la parte originale di legno di bosso è stata perduta. Sul piano di questa flangia il foro filettato per la punta di avorio non è ben perpendicolare ed ha filettatura M4, quando la punta (immagine 3) d'avorio, che pensiamo sia originale, ha una filettatura con passo molto vicino a 0,5mm. Il pezzo di avorio ha i segni di troncatura nella zona filettata che era forse più lunga di alcuni millimetri Riferendosi sempre ad antichi disegni, constatiamo che sono state sostituite le due parti cilindriche di bosso assemblate fra loro da una filettatura e che dovevano costituire la parte interna della vaschetta con l'imboccatura della sacca di camoscio per il mercurio. Al loro posto troviamo un cilindro (immagine 4) cavo, di fibra, tornito con una ripresa sul diametro a 45°, che si alloggia nella flangia inferiore della vaschetta e fa da battuta. Anche la sacca di camoscio riteniamo non sia più quella originale. Il pressore che viene spinto dalla vite di manovra per la taratura, lo troviamo ricostruito in plexiglas anziché di legno come indicato in alcuni testi.
La struttura dello strumento è pressoché tutta di ottone, con le superfici ancora protette da lacca originale per circa l'ottanta percento, il resto è ossidato. Sulla parte mobile dell'indice, la scala del nonio era in origine argentata, per la miglior visione della zona graduata. L'argentatura è stata rimossa in passato, nell'intento di dare lucentezza al pezzo e possiamo ancora vedere sulla superficie (immagine 5) nascosta all'interno della canna (immagine 6) di ottone residui d'argento.
Sul termometro a mercurio che è montato sullo strumento una interruzione di circa due millimetri nella colonnina di mercurio all'interno del capillare da una indicazione errata della temperatura. È stata evidenziata una incrinatura alla base della colonnina di vetro, la rottura si estende a cerchio, per oltre un centimetro, sull'ampolla del mercurio. La parte di ottone del termometro è molto ossidata.
Nella parte bassa dello strumento il cilindro che porta la vite (immagine 7) di regolazione del livello del mercurio, ha sulla superficie una serie di graffi, fatti in passato per rimuovere un numero d'inventario e l'impronta lasciata da una etichetta di carta.
L'intervento di restauro
Si è proceduto al recupero del mercurio allentando con cautela le colonnine a vite della vaschetta stando con questa all'interno di un secchio ben pulito. Lo strumento è stato poi smontato in ogni particolare.
È stata svincolata la canna di vetro dalla ghiera superiore tagliando le legature della pelle di camoscio.
Sono state ricostruite, secondo le indicazioni fornite dalla bibliografia, a parte di legno di bosso sottostante la ghiera superiore e la cuffietta di pelle (immagine 8) per il collegamento alla canna di vetro, (per dare la forma opportuna alla cuffietta si è modellata la pelle bagnata sopra una forma di legno opportuna).
Da una canna di vetro di circa 40mm di diametro è stato ricavato il cilindro alto circa 33mm. per la zona visibile del mercurio.
Per garantire la tenuta fra vetro e flange che vanno a costituire il contenitore del mercurio e consentire per il futuro il facile smontaggio dello strumento, si è preferito guarnire le battute con sottili anelli di gomma bianca (in posizioni non visibili) al posto del mastice consigliato nelle vecchie bibliografie.
È stata ricostruita la flangia di ottone superiore con tre fori passanti per le viti lunghe di tiraggio ed il foro per la punta di avorio è stato filettato con passo 0,5mm. Con il metodo usato per modellare la cuffietta di pelle descritta prima, si è fatta la sacchetta che deve contenere il mercurio e si è collegata quest'ultima al cilindro di fibra esistente mediante una legatura. È stato ricostruito di legno di bosso il cilindretto che, spinto dalla vite di regolazione, comprime la sacca del mercurio.
È stata allungata di alcuni centimetri, dalla parte terminale aperta, la canna di vetro che contiene il mercurio in modo da meglio garantire che l'imboccatura di questa rimanga sommersa durante la manovra di rovesciamento dello strumento.
Valutando lo stato di parziale integrità della colonnina di vetro del termometro e accertato che l'icrinatura si propagava sul corpo dell'ampolla, è stato sufficiente un movimento del pezzo che contiene il bulbo di vetro, perché il mercurio iniziasse ad uscire dall'incrinatura. A questo punto si è deciso di svuotare completamente l'ampolla. Il termometro è stato ricomposto e montato sulla colonna del barometro, senza mercurio.
Tutte le superfici d'ottone sono state opportunamente disossidate conservando le zone ancora protette dalla laccatura originale.
Il cilindro mobile che porta inciso il nonio è stato riargentato.
Tutte le superfici metalliche sono state protette con cera microcristallina.
Bibliografia
BIOT (1824) t.I, pp. 183-189. NACCARI e BELLATI (1874) pp. 160-164. DAGUIN (1878) t.I, pp. 315-321. DENZA (1882) pp. 11-45. WITZ (1883) pp. 24-27. VIOLLE (1884) t.I, pp. 784-792. BATTELLI e CARDANI Vol.I, pp. 456-457. DAUMAS (1955) p. 127.