Sismografo astatico orizzontale Wiechert da 1000 kg - 1903


* La bibliografia non intende essere esaustiva, ma contiene tutti i riferimenti bibliografici associati a questo strumento nella banca dati di TROMOS.



Il sismografo astatico orizzontale Wiechert da 1000 chilogrammi da un catalogo di Georg Bartels (1926).



Il crescente interesse nell'osservazione e nell'interpretazione di eventi sismici, che si verificò alla fine del XIX secolo, indusse Emil Wiechert a dedicarsi alla sismologia. Le apparecchiature di registrazione dei movimenti sismici sviluppati in Inghilterra, in Giappone e soprattuto in Italia, lo indussero a costruire personalmente dei sismografi. Dopo vari esperimenti con un pendolo a registrazione fotografica, Wiechert fece un viaggio in Italia, alla fine del 1899, dove studiò le apparecchiature progettate dagli studiosi italiani. In un saggio del 1906 Wiechert scriveva: "Il lungo pendolo Vicentini di Padova è probabilmente lo strumento più sensibile e ha le costanti V = 160 e T = 7 sec" e " ho capito che la registrazione meccanica su carta affumicata, dovuta alla maggiore finezza delle curve [...], è superiore alla registrazione fotografica" (V è l'ingrandimento e To il periodo proprio del pendolo).

In principio, Wiechert si propose, seguendo l'esempio dei pendoli italiani, che erano di lunghezze e periodi di oscillazione diversi, di costruire un sismografo con ingrandimento V = 100-200, periodo proprio di oscillazione To = 10-20 sec e una velocità di registrazione di 10-20 mm per minuto, adatto, cioè, alle caratteristiche dei terremoti rilevati in Germania, dove oltre a deboli terremoti di origine locale si registrano anche terremoti lontani.

Dalle prime valutazioni, avrebbe avuto bisogno di un pendolo da 20 a 40 m di lunghezza e di una massa da 500 a 1000 kg. I costi e i problemi tecnici di costruzione e di manutenzione di un pendolo di questo genere sarebbero stati purtroppo notevoli. Wiechert (1903) scrisse: "Dopo alcuni esperimenti mi decisi finalmente per un "pendolo rovesciato" che fosse stabilizzato dalla forza elastica".

L'interpretazione teorica delle registrazioni, ottenute dai sismografi fino a quel momento conosciuti, era molto difficile, perché da una parte veniva utilizzata una velocità di registrazione troppo bassa e dall'altra "l'oscillazione propria dei pendoli con periodi piccoli ed insufficente smorzamento provocano disturbi troppo grandi" (Wiechert 1903). I pendoli, a causa di uno smorzamento troppo piccolo, riflettevano i veri movimenti del suolo in modo non soddisfacente. Dopo i primi progetti di un pendolo astatico, che funzionava già nel 1900, e dopo vari miglioramenti, fu costruito il primo sismografo dell'Istituto di Göttingen, attualmente ancora in funzione, e nell'anno 1903 fu installato nell'"edificio sismico" nell'area di proprietà dell'Istituto.

La figura 44 mostra il principio del sismografo: la parte superiore è rappresentata in tutti i suoi particolari nella figura 42. La massa M di 1000 kg (nel prototipo di Göttingen 1200 kg) è costituita da piastre di ferro alte 40 mm e 80 cm di diametro ed è in equilibrio labile su un congegno cardanico con molle a balestra K.







Il punto di rotazione si trova circa a 90 cm sotto il baricentro. La trasmissione dei movimenti relativi fra il terreno e la massa inerziale avviene tramite il perno Z al centro del tavolo T, che è collegato alla terra sulla struttura G. Dal perno Z partono i bracci inferiori US in posizione perpendicolare tra di loro in direzione est-ovest e nord-sud. Ognuno di questi tocca una leva perpendicolare H che si trova sotto, fissata sopra la molla a balestra B, nella struttura G. Nelle estremità superiori di H sono montate le stanghe superiori OS, che portano da un lato agli smorzatori D e dall'altro si agganciano parallelamente alle aste inferiori, ciascuna su una leva corta nell'asse perpendicolare A. Sotto, sull'asse A, è fissato il braccio scrivente S di 38 cm di lunghezza (in filo di alluminio sottile). All'estremità anteriore del braccio scrivente è montato un supporto in cui si trova un pennino F di 17 cm di lunghezza (in sottile alluminio). Sulla punta è montato un sottile filo di platino (del diametro di circa 0,1 mm), che scrive su di una striscia di carta affumicata larga 22,5 cm e lunga 90 cm montata ad anello. La carta viene trascinata, per mezzo dei i rulli R, da un movimento ad orologeria, azionato dal peso di una massa sospesa. La velocità di registrazione è di 15 mm/min, così che un giro di carta impiega circa un'ora. Durante la corsa i rulli R vengono spostati ciascuno di circa 5 mm verso sinistra. La carta viene, quindi, scritta completamente in 24 ore con 24 tracce parallele. I pennini comandati da un relais vengono sollevati per 3 secondi ogni minuto, in modo che sulla curva di registrazione compaiano brevi spazi come demarcazioni di tempo. Il sistema di smorzamento è composto da un pistone K che si muove in un cilindro Z chiuso ermeticamente. Le due camere A e B piene d'aria sono collegate da un tubo R nel quale può essere aperta e chiusa una valvola V, che serve per innestare e disinserire lo smorzamento. Il pistone è tenuto da 4 fili F e si trova a una distanza di circa 0,3 mm dalla parete del cilindro.

L'introduzione dello smorzamento dell'aria fu la più importante innovazione dei sismografi di Wiechert. I sismogrammi disegnati con il sistema smorzato potevano essere interpretati molto meglio e si poterono determinare per la prima volta e in modo più esatto l'inizio dei diversi tipi di onde e fasi.





Particolare del sistema di scrittura e di smorzamento del Wiechert orizzontale da una tonnellata dell'Osservatorio Collegio Alberoni di Piacenza.



Negli anni 1904 e 1905 furono sviluppati e messi in funzione da Wiechert un sismografo verticale con una massa appesa ad una molla a spirale di 1300 kg (V = 230 e To = 3,5 sec) e un pendolo orizzontale con massa di 17 000 kg (V = 2200 e To = 1,2 sec). Da allora, salvo brevi interruzioni per manutenzione o per mancanza di carta da registrazione, come ad esempio alla fine della seconda guerra mondiale, tutte le apparecchiature sono state e sono tuttora in funzione.

Ben presto i sismografi di Wiechert, in particolare il pendolo orizzontale astatico, diventarono apparecchiature standard negli osservatorî. Già nell'anno 1906 si ebbero uguali apparecchiture a Lipsia, Potsdam, Strasburgo, Jena, Amburgo, Vienna, Uppsala e sull'isola di Samoa. In totale furono impiegati negli anni seguenti in più di 100 osservatori.



In Italia lo strumento fu installato in almeno 24 esemplari di cui 3 nella versione da 1000 kg e 19 in quella da da 200 kg. In particolare nel dopoguerra l'Istituto Nazionale di Geofisica avviò l'installazione di simografi Wiechert orizzontali (200 kg) e verticali (80 kg) costruiti nelle proprie officine. La maggior parte di tali strumenti hanno funzionato fino alla seconda metà degli anni '70.



Presso l'Università di Roma funzionò dal 1937 fino agli anni '70 un sismografo astatico orizzontale Wiechert da 1000 kg dell'Istituto Nazionale di Geofisica; in seguito fu smontato e depositato all'Osservatorio di Rocca di Papa, dove è stato recentemente recuperato, ricomposto e integrato delle parti mancanti o danneggiate ed esposto alla mostra tenutasi a Sant'Agnello, nei pressi di Sorrento, dal 19 al 24 novembre 1990.

Lo strumento è risultato mancante di parti del castello di sostegno dell'apparato di registrazione e di un'asta superiore di collegamento fra uno smorzatore e il sistema di movimento dei pennini. È stato riprodotta, in quanto mancante, la massa pendolare cilindrica nel pendolo di regolazione della velocità del movimento ad orologeria per la rotazione della carta.

Sono state sostituite, inoltre, numerose molle piane di acciaio negli smorzatori e nel pendolo sopra citato. Per il restauro dello strumento è stato eseguito anche un nuovo trattamento di nichelatura di numerosi pezzi parzialmente o totalmente arrugginiti. La coloritura delle parti metalliche e di quella in legno del castello di sostegno della massa - utilizzato nelle fasi di montaggio e di manutenzione dello strumento - è stata sotituita con quella originale degli strumenti provenienti dalla fabbrica di Göttingen (su una targhetta, nella parte anteriore dello strumento, è indicato il nome Georg Bartels, probabilmente il costruttore). Per il rifacimento dei pezzi mancanti e per i colori ci si è ispirati ad un analogo strumento installato presso l'Osservatorio sismico del Collegio Alberoni di Piacenza.

Nelle parti metalliche, il grigio e il verde (della massa di ghisa) sono stati sostituiti con vernice sintetica nera semilucida, mentre nelle parti in legno è stato asportato chimicamente e meccanicamente il colore grigio, sostituendolo con vernice trasparente. Quest'ultimo trattamento ha valorizzato le venature del legno di faggio utilizzato per il castello di sostegno della massa.





Sismografo astatico orizzontale Wiechert da 1000 kg dell'Istituto Nazionale di Geofisica, restaurato nel corso del progetto TROMOS. Lo strumento ha funzionato per circa quarant'anni presso l'Università di Roma. L'orologio a sinistra fornisce elettricamente dal 1923 il segnale del tempo ad un analogo sismografo collocato al Collegio Alberoni di Piacenza.

Bibliografia

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Osservatorio sismico del Collegio "Alberoni" di Piacenza, Sismogrammi registrati presso l'Osservatorio sismico del Collegio "Alberoni" di Piacenza.

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Ricognizione, catalogazione e restauro degli strumenti dell'Osservatorio Astronomico di Monte Porzio Catone (Roma) 1993-94.

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(Last update on: 26/04/00)