Nel corso del XVIII secolo, la stabilizzazione del flusso d’acqua nei sistemi di pompaggio ha rappresentato una svolta significativa. Oggi, la tecnologia alla base della pressione dell’acqua è diffusa e beneficia chiunque faccia una doccia, irriga un giardino o combatte incendi. Tuttavia, nei secoli XVII e XVIII, un flusso costante d’acqua senza cali di pressione era una grande innovazione.
Nel 1666, quando le catene umane con secchi erano la migliore linea di difesa, il Grande Incendio di Londra bruciò quasi tutte le strutture in legno della città, densamente addossate l’una all’altra. Il disastro distrusse centinaia di migliaia di case e decine di chiese, dimostrando la necessità di metodi e attrezzature antincendio migliori.
Innovazioni nella lotta agli incendi
Un’importante innovazione fu l’invenzione dei “vermi succhianti”, tubi di cuoio collegati a pompe azionate manualmente. Poi arrivò il Windkessel, una camera nella parte inferiore di un carro di legno che comprimeva l’aria per pompare acqua continuamente attraverso un tubo, creando un flusso costante.
Ispirati da una pompa antincendio del 1725 che pompava acqua a distanze maggiori e a velocità più elevate rispetto a quanto possibile in precedenza, gli autori di un articolo pubblicato sull’American Journal of Physics, edito da AIP Publishing, hanno analizzato l’effetto Windkessel della camera di pressione per catturare la fisica dietro questa tecnologia ampiamente utilizzata e duratura.
Fisica e attrezzature antincendio
Per individuare quali fattori sono più influenti nell’effetto Windkessel, gli autori hanno confrontato lo stato iniziale della camera, il tasso al quale le catene umane con secchi potevano versare acqua (afflusso volumetrico), la durata della costruzione della pressione e gli effetti sul flusso di uscita.
L’effetto Windkessel e la fisica dietro la tecnologia
“Esistono molti affascinanti problemi di fisica nascosti in bella vista all’interno di libri e documenti scritti secoli fa!” ha detto l’autore Trevor Lipscombe. “Recentemente abbiamo lavorato sull’applicazione della meccanica dei fluidi elementare ai sistemi biologici e ci siamo imbattuti in una descrizione comune nei giornali medici: che il cuore agisce come un Windkessel. Ciò pone la domanda su cosa sia esattamente un Windkessel. Seguendo la traccia, abbiamo trovato descrizioni del dispositivo ‘verme succhiante’ di Lofting e, nella pompa antincendio di Newsham, un’applicazione salvavita.”
La fisica incontra l’ingegneria
“Quando ci si trova di fronte al design di Lofting o alla pompa antincendio di Newsham, un fisico vuole capire la scienza di base coinvolta – semplicemente perché è lì,” ha detto Lipscombe. “È la gioia di fare fisica. Ma c’è anche un aspetto pedagogico. Il nostro articolo costruisce un modello semplice che mostra come funziona una pompa antincendio di Newsham. Stiamo in parte rispondendo alla domanda ‘quando userò mai queste cose?’”
In seguito, gli autori prevedono di esaminare il Windkessel fisiologico coinvolto nel sistema cuore-aorta.
“La conoscenza della legge di Bernoulli, della legge dei gas ideali e dell’espansione isotermica sono i tre ingredienti che abbiamo inserito in un modello per esplorare come funzionava questo dispositivo,” ha detto Lipscombe. “Ma se comprendiamo meglio questo sistema, potremmo guardare ai parametri che sono importanti e vedere come cambiarli potrebbe migliorare il dispositivo.”
Il futuro della tecnologia Windkessel
La ricerca sull’effetto Windkessel e la sua applicazione non solo nella lotta agli incendi ma anche in sistemi biologici come il cuore umano apre nuove frontiere nella comprensione e nel miglioramento delle tecnologie esistenti. La fisica, una volta di più, si dimostra uno strumento fondamentale per il progresso tecnologico e la sicurezza delle persone.
