L’“ombra magnetica” degli scafi

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Oltre agli esempi citati sono stati eseguiti parecchi altri cicli su diversi campioni dello stesso tipo, ma sempre con andamento analogo a quello indicato.

Nota - Se potesse interessare l'ordine di grandezza della resistenza per metro lineare di conduttore (tenendo conto che esso, nella prova, è a contatto di solito con due con- duttori dell'altro strato) si può ricavarlo facilmente consi- derando che la scatola conteneva, per ogni strato, da 18 a

Le misure e il tracciamento delle curve sono stati eseguiti, in gran parte e con molta cura e pe- rizia, dal Dott. Carlo Tabaracci, durante il pe- riodo della sua permanenza all'Istituto Elettrotec- nico Nazionale.

19 fili di diametro 2 mm, circa 24 fili di diametro 1,6 mm e ancora 18 o 19 fili del diametro di 1 mm, essendosi usata in quest'ultimo caso una scatoletta di soli 2 cm di larghezza utile. La lunghezza utilizzata è, per ciascun filo, di 12 cm.

Torino - Istituto Elettrotecnico Nazionale Galileo Ferraris.

Carlo Chiodi

a Giancarlo Vallauri

L’“ombra magnetica” degli scafi

Uno scafo produce variazioni nella configurazione delle linee di flusso del campo magnetico terrestre nello spazio circostante, a cagione dell'anisotropia che il materiale ferromagnetico contenuto nello scafo costi- tuisce nello spazio stesso. La perturbazione è rilevabile mediante adatti dispositivi, e può quindi essere utilizzata per denunciare a distanza la presenza di una nave. La conoscenza approfondita del fenomeno e delle possibilità di attenuarne con mezzi pratici la manifestazione ha grande importanza in relazione coi mezzi di offesa a innesco magnetico, azionati senza contatto diretto col bersaglio. In questi studi viene ap- plicato il criterio di similitudine mediante modelli equivalenti in scala ridotta, con grandissimo vantag- gio delle possibilità sperimentali. Nella presente nota si dà cenno di alcune indagini sui criteri che pre-

siedono all'applicabilità dei modelli magneticamente equivalenti.

Uno scafo metallico è accompagnato da feno- meni di perturbazione del campo magnetico terrestre, che sono percepibili in uno spazio circostante ragguardevole rispetto il volume dello scafo stesso, in modo analogo, sebbene non geometricamente simile, all'ombra che accompagna i corpi illuminati da una sorgente esterna di luce. È naturale che il perfezionamento dei dispositivi sensibili al campo magnetico abbia condotto all'idea di valersi del fenomeno per rivelare per questa via la presenza di scafi, e addirittura di utilizzare la manifestazione dell'« ombra magnetica », che anticipa convenientemente la presenza di uno scafo, per innescare dispositivi di offesa (mine, siluri) senza contatto materiale, nel modo e nelle condizioni più favore- voli per ottenere il massimo effetto.

Ne è venuta di conseguenza l'opportunità, allo scopo di difesa passiva, di studiare la compensazione delle perturbazioni magnetiche tentando di rendere, se si vuole continuare ad esprimersi nei termini dell'analogia sopra accennata, lo scafo

« magneticamente trasparente », o almeno di ri- durre per quanto possibile la sua « ombra magnetica ».

Si è condotti così ad affrontare un problema di conoscenza fisica fra i più antichi, e tuttavia ancor oggi appassionante e fertile di risultati utili, che per la loro generalità si può dire stiano alla base di molti rami della tecnica moderna.

Il merito di avere iniziato nel nostro paese questo studio suggestivo va indubbiamente al prof. G. Val- lauri, che vi si è accinto quando, anche nei paesi tecnicamente più progrediti e spinti da contingenze più pressanti, non si disponeva di risultati sperimentali apprezzabili, nè si era impostato il problema sulle indispensabili premesse rigorosamente scientifiche.

La difficoltà precipua è di adattare uno schema di calcolo che permetta di rappresentare il fenomeno, consentendo di raggiungere risultati sufficientemente approssimati, senza perdere i necessari requisiti di agevolezza, di accessibilità e nello stesso tempo di generalità.

Ma, a differenza di quanto avviene in altri campi della tecnica, alle difficoltà di ordinare una trattazione di calcolo sufficientemente aderente al fenomeno fisico che ci appare, si aggiungono diffi- coltà e disagi sperimentali che, pure essendo di tutt'altro ordine, ostacolano fortemente la raccolta di risultati sperimentali validi, su cui verificare ed appoggiare lo sviluppo della teoria.

È facile concretare l'importanza delle difficoltà sperimentali, quando si ponga mente alle condizioni richieste per le determinazioni : si tratta di proce- dere a rilievi differenziali di campo magnetico, in presenza di un elemento perturbatore di dimensioni estremamente rilevanti (scafi con lunghezze dell'ordine del centinaio di metri), in zone sottostanti alla chiglia, e quindi sotto acqua, e in fondali sufficientemente discosti da cause perturbatrici estranee (non in prossimità di altri scafi, o di installazioni portuali, o di relitti ferromagnetici di qualsiasi ge- nere). I risultati ottenuti dal Vallauri su una Nave da battaglia, a prezzo di ingegnosi accorgimenti e di una lunghissima e costante applicazione, supe- rando con favorevole successo la scarsa disponibi- lità di adeguati dispositivi di misura e le difficoltà inerenti, hanno dato conferma non soltanto dell'at- tendibilità degli schemi di calcolo proposti, ma anche della possibilità di ottenere la compensazione magnetica con mezzi accessibili, e di valutare e concretare l'entità dei dispositivi di compensazione.

Il principio della compensazione magnetica consiste nel creare sullo scafo convenienti distribu-

ATTI E RASSEGNA TECNICA DELLA SOCIETÀ DEGLI INGEGNERI E DEGLI ARCHITETTI IN TORINO - ANNO 6 - N. 8-9 - AGOSTO-SETTEMBRE 1952

Fig. 1. - Il modello magnetico con le cinture compensatrici.

zioni permanenti di forza magneto motrice, in modo che il flusso d'induzione in una zona subacquea ge- nerica non varii, dipendentemente dalla presenza o dall'assenza dello scafo nelle vicinanze. In altri termini, ciò significa che occorre compensare gli effetti del magnetismo proprio e del magnetismo indotto dello scafo costituito da materiale ferromagnetico.

Il modo per attuare tale compensazione consiste nel disporre opportune cinture che giacciono sulla superficie dello scafo, e sono percorse in permanenza da corrente continua di conveniente in- tensità.

Il progetto e il calcolo di tali cinture compor- tano in linea generale la determinazione sistematica del campo magnetico nella zona sottostante, in dire- zione, senso ed ampiezza, a quote e in piani diversi, e la determinazione degli effetti di compensazione derivanti da diverse distribuzioni delle cinture compensatrici.

Un'agevolazione fondamentale per lo sviluppo di queste esperienze è data dalla disponibilità di modelli in scala convenientemente ridotta, i quali consentono di superare tutte le difficoltà pratiche inerenti ai rilievi sullo scafo reale, e consentono di giungere rapidamente a risultati definitivi, a condi- zione che ad essi sia applicabile con sufficiente ap- prossimazione il criterio della similitudine magnetica.

La verifica dell'attendibilità del criterio di similitudine magnetica fra uno scafo reale e un modello, eseguito necessariamente secondo radicali semplificazioni di disegno e costruttive, richiede di disporre di un'adeguata raccolta di rilievi di- retti su scafi reali, per avere i necessari termini di confronto e di riferimento una volta tanto, e per stabilire i limiti delle semplificazioni ammissibili nella costruzione del modello. È inoltre necessario disporre di dispositivi di misura di semplice

uso, convenientemente approssimati, di ingombro ridotto rispetto le dimensioni del modello, e, sopra tutto, idonei a determinazioni differenziali di campo in ambiente magneticamente soggetto a perturbazioni estranee variabili con il tempo e non dominabili. Infatti uno dei pregi fondamentali dell'applicazione dei modelli magnetici deve essere quello di consentire le determinazioni in un laboratorio ordinario, il quale nella generalità dei casi è costruito con materiali ferromagnetici originanti per loro conto perturbazioni non trascurabili, ed è soggetto a campi esterni mutevoli (linee elet- triche a corrente continua) di ampiezze parago- nabili a quelle da determinare sul modello stesso.

Una ricerca secondo questi orientamenti è stata condotta nel laboratorio del Centro Studi e Ri- cerche sul Magnetismo Navale (C.S.R.M.N.) presso l'Istituto Elettrotecnico Nazionale, con risultati ab- bastanza soddisfacenti e conclusivi, che rappresen- tano l'ideale prosecuzione degli studi e dei pre- supposti fondamentali stabiliti qualche tempo fa dal prof. Vallauri.

Il primo modello è stato eseguito con la di- retta collaborazione dell'Ufficio Studi per le Co- struzioni Navali dell'Arsenale Militare della Spe- zia, e rappresenta, in similitudine magnetica e in scala 1/50, un incrociatore della classe 8000 tonn.

della Marina Italiana, sul quale era stata ese- guita precedentemente una conveniente serie di determinazioni magnetiche dirette. Il modello in prova è visibile nelle figure 1 e 2.

La semplificazione introdotta nel disegno dello scafo è veramente ragguardevole, in quanto la riproduzione in scala è stata limitata alle strutture esterne (guscio e sovrastrutture fondamentali) e ad un solo ponte intermedio, mentre le compar- timentazioni trasversali sono state ridotte a cin- que soltanto e si è evitata la riproduzione del materiale interno (macchinario, caldaie, e simili).

Inoltre si è ricorsi ad un'ulteriore e altrettanto fondamentale semplificazione nella scelta del materiale per il modello, decidendo di usare lamiera di ferro dolce di spessori convenienti ed in scala, anziché affrontare l'arduo tentativo di riprodurre le caratteristiche ferromagnetiche dei diversi tipi di acciaio usati nella costruzione reale.

Fig. 2. - Il modello magnetico nel laboratorio.

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P e r c o n t r o , se la distribuzione di a n i s o t r o p i a magnetica nello spazio è in scala la m e d e s i m a , nei r i g u a r d i della variazione di p e r m e a b i l i t à in- contrata dalle linee di flusso che a t t r a v e r s a n o lo scafo, gli effetti su u n a d e t e r m i n a t a c o m p o n e n t e del c a m p o rilevati p e r esempio lungo orizzontali a q u o t e c o r r i s p o n d e n t i in scala sotto la chiglia r i s p e t t i v a m e n t e del m o d e l l o e dello scafo r e a l e , d o v r a n n o risultare gli stessi se sono causati da un m e d e s i m o c a m p o esterno. P o i c h è n o n risulta p r a - t i c a m e n t e possibile p r o c e d e r e alla separazione degli effetti dovuti al c a m p o magnetico t e r r e s t r e da q u e l l i dovuti alla magnetizzazione p r o p r i a nel caso dello scafo r e a l e , si è p r o c e d u t o al confronto ed

Fig. 3. - Paragone degli effetti di compenso, ottenuti con cinture simili sul modello e sullo scafo reale.

Le considerazioni fisiche sugli effetti p e r t u r - b a t o r i e sui c o r r i s p o n d e n t i effetti di c o m p e n s o , basate sulla previsione della configurazione delle li- n e e di flusso d e r i v a n t e d a l l ' a n i s o t r o p i a costituita, con le ammesse semplificazioni, dalla presenza del m o d e l l o e r i s p e t t i v a m e n t e dello scafo reale nello spazio e s a m i n a t o , h a n n o d i m o s t r a t o di essere at- t e n d i b i l i e sufficientemente a p p r o s s i m a t e , in base al confronto effettuato fra i risultati delle deter- m i n a z i o n i sullo scafo reale e sul m o d e l l o in scala.

Il criterio di confronto scelto è originale, e inerita forse un c e n n o di illustrazione. Si è detto che il m a t e r i a l e a d o t t a t o p e r la costruzione dello scafo-modello è ferro dolce esclusivamente, e p e r - t a n t o lo scafo-modello doveva risultare ed è risultato p r a t i c a m e n t e privo di magnetizzazione p e r - m a n e n t e , c o n t r a r i a m e n t e a ciò che si verifica p e r lo scaio reale, costituito in acciai diversi, di rela- t i v a m e n t e elevata magnetizzazione p u r a m e n t e ca- suale. È i m m e d i a t o p r e v e d e r e da ciò che il dia- g r a m m a d i p e r t u r b a z i o n e d e t e r m i n a t o p e r u n a qualsiasi c o m p o n e n t e del c a m p o , p e r e s e m p i o , lungo u n ' o r i z z o n t a l e a u n a certa q u o t a eotto la chiglia, risulterà diverso r i s p e t t i v a m e n t e p e r lo scafo reale e p e r il m o d e l l o in scala.

Fig. 4. - I due elementi sensibili del magnetometro in laboratorio: in primo piano, l'elemento di riferimento ;

sotto lo scafo, l'elemento rilevatore. Fig. 5. - L'elemento sensibile in posizione di utilizzazione sotto il modello magnetico.

alla verifica d e l l ' a t t e n d i b i l i t à della similitudine magnetica del modello c o n s i d e r a n d o i soli effetti p r o d o t t i r i s p e t t i v a m e n t e sullo scafo reale e sul m o d e l l o da distribuzioni c o r r i s p o n d e n t i in scala di c i n t u r e compensatrici c o n v e n i e n t e m e n t e a l i m e n t a t e . Il risultato positivo del confronto è r i p o r t a t o nel d i a g r a m m a della figura 2, n e l q u a l e in ascissa è r i p o r t a t a la lunghezza dello scafo, e in o r d i n a t a la variazione della c o m p o n e n t e verticale del c a m p o d e t e r m i n a t o p u n t o p e r p u n t o , a quota costante, a seconda che le c i n t u r e compensatrici sono alimen- t a t e , o p p u r e n o . L e quote d i rilievo rispettiva- m e n t e p e r lo scafo reale e p e r il m o d e l l o , come

le forze m a g n e t o m o t r i c i a g e n t i nelle c i n t u r e rispet- t i v e , . sono n a t u r a l m e n t e in scala.

La considerazione acquisita della validità li- n e a r e degli effetti consente q u i n d i di calcolare e s p e r i m e n t a r e sul m o d e l l o u n a distribuzione di cin- t u r e , delle q u a l i si è in grado di r i l e v a r e i m m e - d i a t a m e n t e gli effetti, p e r s e g u e n d o il risultato di o t t e n e r e un d i a g r a m m a di compensazione che ri- p r o d u c a — nei limiti di u n ' a p p r o s s i m a z i o n e ac- cettabile — il d i a g r a m m a di p e r t u r b a z i o n e rile- vato d i r e t t a m e n t e sullo scafo reale, con il segno o p p o s t o . Questo calcolo risulta effettuabile q u i n d i indipendentemente dal d i a g r a m m a di p e r t u r b a - zione p r o p r i o del m o d e l l o , il q u a l e , se si fa uso di un m a g n e t o m e t r o differenziale p e r le determinazioni s p e r i m e n t a l i , non è n e p p u r e necessario ri- levare.

I l m a g n e t o m e t r o a p p o s i t a m e n t e a p p r o n t a t o p e r questa ricerca è a p p u n t o del t i p o differenziale, e basato sul n o t o p r i n c i p i o della duplicazione di frequenza, di cui, p e r u n a coincidenza qui del t u t t o fortuita ma m i r a b i l m e n t e significativa, lo stesso prof. V a l l a u r i si è occupato m a g i s t r a l m e n t e parecchi a n n i o r sono, p r o s p e t t a n d o n e applicazioni di p r a t i c o interesse p u r in c a m p o diverso.

Gli e l e m e n t i rivelatori del m a g n e t o m e t r o sono d u e , connessi e l e t t r i c a m e n t e in opposizione e di- sposti a conveniente m u t u a distanza nel laboratorio, in m o d o che e n t r a m b i sono sensibili alle per- t u r b a z i o n i accidentali estranee che p r a t i c a m e n t e li interessano allo stesso m o d o , data la loro relativa-

m e n t e piccola distanza m u t u a , m e n t r e u n o solo è sensibile alle p e r t u r b a z i o n i causate dal m o d e l l o , poichè si trova nelle sue i m m e d i a t e vicinanze. La connessione elettrica dei due rivelatori fra loro fa sì che allo s t r u m e n t o i n d i c a t o r e compaia soltanto la p e r t u r b a z i o n e che interessa u n o solo dei d u e e l e m e n t i , e cioè quello o p p o r t u n a m e n t e disposto in prossimità del m o d e l l o .

Nella fotografia della figura 4 è visibile la di- sposizione dei m a g n e t o m e t r i nella sala m o d e l l i ; nella fotografia di figura 5 è r a p p r e s e n t a t o u n o degli e l e m e n t i sensibili ( q u e l l o in prossimità del modello).

I risultati di questa ricerca sono stati utiliz- zati p e r u n p r o g e t t o r e a l e , e d h a n n o consentito un r i s p a r m i o di t e m p o e di spesa p e r le d e t e r m i - nazioni p r e l i m i n a r i del p r o g e t t o stesso, che cer- t a m e n t e compensa la costruzione del m o d e l l o in scala. Sono inoltre valsi a c o m p r o v a r e p e r la p r i m a volta nel nostro paese l ' a t t u a b i l i t à d e l l ' a p p l i c a - zione conveniente nei modelli magnetici, e h a n n o dato m o d o di concretare un dispositivo di m i s u r a , c h e consente di alleggerire f o n d a m e n t a l m e n t e e nella massima m i s u r a desiderabile le condizioni n e - cessarie p e r il funzionamento di un l a b o r a t o r i o p e r d e t e r m i n a z i o n i m a g n e t i c h e di compensazione.

Sergio Bruno Toniolo

Torino - Istituto Elettrotecnico Nazionale Galileo Ferraris.

a Giancarlo Vallauri

Sistemi assorbenti del suono con risuonatori senza collo

Si riferisce su alcune ricerche effettuate su rivestimenti per assorbimento delle onde sonore, attuati me- diante una piastra metallica sottile e forata, posta ad una distanza precalcolata dalla parete. Analogamente a quanto accade con piastre forate di notevole spessore, si realizzano anche con le piastre sottili una serie di risuonatori di Helmholtz, coi quali si possono ottenere elevati valori dell'assorbimento, seppur limitati ad una banda ristretta di frequenze. La frequenza di risonanza misurata viene confrontata con

la frequenza di risonanza prevista dalle formule.

1. - I rivestimenti acustici assorbenti, a t t u a t i mediante sistemi di r i s u o n a t o r i , v a n n o a c q u i s t a n d o ogni giorno maggiore i m p o r t a n z a p e r le loro pecu- liari c a r a t t e r i s t i c h e : un elevato valore di assorbi- m e n t o p e r u n a g a m m a di frequenza assai ristretta.

Essi sono generalmente a t t u a t i m e d i a n t e p a n n e l l i situati ad u n a distanza precalcolata dalla p a r e t e , sui quali sono p r a t i c a t i fori di sezione circolare od altra forma (il che n o n altera il p r i n c i p i o di funzionamento).

Il t i p o di p a n n e l l o p i ù f r e q u e n t e m e n t e utilizzato è quello avente u n o spessore g e n e r a l m e n t e n o n inferiore al mezzo c e n t i m e t r o e p i ù spesso supe- riore al c e n t i m e t r o . In t a l m o d o il risuonatore che si realizza è molto simile al classico risuonatore di H e l m h o l t z , in q u a n t o vi sono u n a cavità costituita da u n a porzione di i n t e r c a p e d i n e ed un collo for- m a t o dal foro p r a t i c a t o n e l p a n n e l l o . Questo t i p o di rivestimento è stato, s o p r a t t u t t o in questi u l t i m i a n n i , oggetto di n u m e r o s e ricerche, in m o d o che tale

sistema p e r assorbire i suoni è o r m a i assai b e n n o t o n o n soltanto q u a l i t a t i v a m e n t e m a a n c h e q u a n t i t a t i - v a m e n t e .

P e r c o n t r o , poco o p u n t o utilizzato ed altret- t a n t o poco n o t o è il rivestimento a t t u a t o m e d i a n t e u n a piastra forata di piccolo spessore. Si realizza così un sistema di risuonatori senza collo, con il quale 'come n e l l ' a l t r o caso si ottengono assorbimenti molto notevoli delle o n d e sonore.

La t e o r i a , che n o n si scosta in nulla da quella relativa al risuonatore con collo, p o r t a a scrivere p e r la frequenza di risonanza del risuonatore senza collo la formula ben nota :

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dove c è la velocità del suono, a il raggio della bocca del r i s u o n a t o r e supposta circolare, e V il volume

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