Storia e funzionamento dei fari

I fari sono apparecchi di segnalazione luminosa utilizzati per fornire sicuri punti di riferimento per la navigazione marittima ed aerea. La costruzione di torri portanti fuochi per indicare alle navi l’accesso ai porti o per segnalare paraggi pericolosi fu ideata dai Greci: la torre più antica sembra sia stata quella di capo Sigeo, costruita verso il 1000 a.C. all’entrata dell’Ellesponto; il primo faro  di cui si abbiano notizie certe fu portato a termine nel 280 a.C. sull’isolotto di Pharos (da cui il nome), prospiciente Alessandria d’Egitto, dall’architetto greco Sostrato su commissione del re Tolomeo Filadelfo: annoverato tra le sette meraviglie del mondo, si ritiene fosse una torre con una base quadrata di 30,5 m di lato e alta 137 m, in cima alla quale di notte veniva mantenuto acceso un fuoco di legna resinosa e di sostanze oleose, la cui luce era proiettata in lontananza da specchi metallici concavi; fu distrutto nel XIII secolo da un terremoto. Analoga funzione svolgeva un’altra opera famosa nell’antichità, il cosiddetto “colosso di Rodi”, un enorme costruzione di forma umana, alta 32 m, situata all’ingresso del porto dell’isola; venne distrutto nel 226 a.C. I Romani costruirono molti fari degni di nota, ad Ostia, il porto principale di Roma (alla foce del Tevere), in Spagna, in Francia e in Inghilterra. Molto importanti erano le due torri costruite per segnalare l’ingresso nello stretto della Manica: il Gesoriacum a Boulogne, innalzato per volere di Caligola nel 41 d.C., e quello di Dubris (Dover). In seguito alla caduta dell’impero romano i fari, insieme con molti altri aspetti della civiltà romana, caddero in disuso. A partire però dall’XI secolo l’aumento dei traffici marittimi condusse ad una rinascita della loro utilità (la Lanterna di Genova e la torre della Meloria, a forma di torre classica, furono entrambe costruite nel XII sec.): il progresso fu lento ma in tutta Europa dal XVII secolo il numero degli impianti di segnalazione luminosa aumentò continuamente fino a subire un incremento rapidissimo soprattutto nei due secoli successivi.

Illuminazione

La caratteristica più importante di un faro è la luce da esso irradiata, la cui qualità ed intensità è aumentata di pari passo con i progressi tecnologici. Le prime luci venivano ottenute bruciando del legno, il quale aveva però l’inconveniente di consumarsi troppo rapidamente; impiegati erano anche carbone e candele ma il carbone produceva fumo in tale abbondanza che la fuliggine raccogliendosi sugli specchi e sulle lenti dell’apparato ottico bloccava rapidamente la trasmissione della luce, mentre le candele non producevano un livello soddisfacente di illuminazione per quanto numerose fossero. L’illuminazione dei fari divenne realmente efficace solo dopo il 1784, quando l’ingegnere svizzero François-Pierre-Aimé Argand (1755-1803) inventò la lampada ad olio a doppia corrente d’aria che porta il suo nome: costituita da un lucignolo circolare circondato da un camino di vetro, il quale produceva una corrente d’aria verso l’alto che favoriva la combustione, la lampada forniva una fiamma uniforme di intensità elevata e priva di fumo. Dalla lampada di Argand, per merito di Arthur Kitson nel 1901 e di David Hood nel 1921, sono derivate le moderne lampade a incandescenza a vapori di petrolio, nelle quali il combustibile esce dall’eiettore di un vaporizzatore, dove è spinto sotto pressione trascinando con sé la quantità d’aria necessaria ad alimentare la combustione, che rende incandescente una reticella. Oltre che a petrolio molte lampade ad incandescenza funzionano anche con gas, quali propano e acetilene: quest’ultimo, poiché compresso è fortemente esplosivo, viene generalmente disciolto in acetone e si usa anche imbevere nella miscela una sostanza porosa, di solito farina fossile. Attualmente, ogni qualvolta sia possibile collegarsi alla rete di distribuzione o ricorrere a gruppi elettrogeni azionati da motori Diesel, si preferisce utilizzare sistemi di illuminazione elettrica, sperimentati inizialmente in Inghilterra nel faro di South Foreland, sulla costa del Kent, in cui nel 1858 fu installata una lampada ad arco e nel 1922 una lampada a filamento. L’elettricitàrha reso possibile inoltre la coitruzione di fari completamente automatici, le cui lampade vengono accese da cellule fotoelettriche che chiudono il circuito di alimentazione non appena la luminosità scende al di sotto di valori prefissati. Per poter garantire, anche in caso di interruzione dell’alimentazione di corrente elettrica, il funzionamento continuo del faro sono generalmente previste lampade di emergenza ad acetilene.

Sistema ottico

Per evitare che la luce prodotta dalla sorgente luminosa sia fortemente dispersa i fari necessitano di efficienti sistemi ottici, atti a concentrarla in stretti fasci: i sistemi ottici impiegati possono essere catottrici (riflettenti), diottrici (rifrangenti) o catadiottrici (riflettenti e rifrangenti). Gli specchi riflettenti parabolici, la cui invenzione è attribuita ad Archimede (287-212 a.C.), furono adottati anche per il faro di Alessandria d’Egitto; riproposti in tempi più recenti dall’ufficiale di marina e scienziato francese Jean-Charles de Borda (1733-1799), attualmente sono stati abbandonati perché richiedono l’installazione di una sorgente luminosa per ogni specchio e causano un forte assorbimento. La totalità dei fari esistenti adotta un sistema messo a punto nel 1822 dall’ingegnere francese Augustin-Jean Fresnel (1788-1827), costituito da una lente di Fresnel, racchiusa fra anelli di prismi catadiottrici ed eventualmente corredata di specchi sferici diottrici, posti posteriormente alla sorgente luminosa concentrata nel fuoco della lente. Un sistema di pannelli verticali, ciascuno portante un apparato ottico del tipo descritto, è posto attorno alla sorgente luminosa e ne concentra la luce in altrettanti raggi, all’incirca orizzontali.
Attributi importanti di un faro sono la sua portata e la sua caratteristica luminosa: la prima è distinguibile in portata geografica, che coincide con la massima distanza (per i grandi fari varia da 25 a 40 miglia), dalla quale a causa della curvatura terrestre un osservatore a livello del mare ne può ancora vedere la luce ed è funzione dell’altezza sul mare della sorgente luminosa, e in portata ottica, che è la massima distanza cui può giungere la luce emessa e dipende dall’intensità della lampada e dalla trasparenza dell’atmosfera; la seconda rappresenta il segno distintivo del faro per renderlo facilmente riconoscibile ed è costituita da una particolare sequenza di impulsi luminosi (luci, splendori e lampi) e di intervalli bui (eclissi) oppure da una speciale colorazione della luce (rossa, verde o gialla). La caratteristica luminosa si ottiene facendo ruotare attorno alla lampada il sistema ottico, montato su cuscinetti a sfere o galleggiante in una vasca di mercurio, oppure uno schermo opaco; a volte, soprattutto nel caso delle lampade ad acetilene, si preferisce variare l’intensità luminosa della sorgente accendendola e spegnendola con le cadenze previste. I fari sono normalmente dotati di sirene o di altri avvisatori acustici, che vengono azionati se vi è nebbia o tempo piovoso e possono essere controllati da un rivelatore automatico elettronico di foschia. Recentemente molti fari (radiofari) sono stati dotati della possibilità di emettere onde hertziane, che possono essere captate dalle navi anche in condizioni proibitive di visibilità e a distanze irraggiungibili con le sorgenti luminose.

Costruzione

Lungo le coste basse sul mare, sulle coste affioranti e sui fondali solidi sommersi si costruiscono generalmente fari a torre, la cui altezza dipende dalla portata geografica che si vuole conseguire. L’azione del vento e delle onde determina in molti casi seri problemi di stabilità e impone di ricorrere a particolari tecniche costruttive (blocchi di pietra incastonati a coda di rondine, calcestruzzo armato, ecc.) e di eseguire continui controlli sullo stato della struttura. Dove non è disponibile un fondo roccioso il faro è generalmente innalzato su massicce fondazioni, costituite da cassoni riempiti di calcestruzzo, e in tal caso si preferisce adottare strutture a traliccio d’acciaio, più leggere di quelle in muratura ed ugualmente resistenti; in mare aperto si costruiscono sovente muri perimetrali frangiflutti. Il più famoso faro italiano è la ‘lanterna’ di Genova, costruita nel 1139 e rifatta, nella sua veste attuale, nel 1543: posta all’imboccatura del porto, è costituita da una torre quadrangolare in muratura alta 120 m in grado di emettere luce bianca a gruppi di due lampi con periodo di 20 secondi e portata di 27 miglia e dotata di un radiofaro marittimo funzionante alla frequenza di 301,1 kHz con portata di 70 miglia.

Navi-faro

Discendenti dalla nave-faro ormeggiata sull’estuario del Tamigi nel 1731, vengono attualmente impiegate per servizio in mare aperto (si ricorre anche a pontoni-faro ancorati in punti particolarmente pericolosi, ad esempio per fondali bassi e mobili). Il sistema di illuminazione più impiegato è quello multicatottrico, composto da otto riflettori parabolici, che alloggiano nel fuoco una lampada elettrica a filamento e sono montati su un telaio messo in rotazione da un piccolo motore elettrico: variando la posizione angolare dei riflettori e la velocità di rotazione del telaio è possibile ottenere segnali luminosi lampeggianti. La direzione dei fasci di luce è mantenuta costante anche con mare molto mosso ricorrendo a sospensioni cardaniche bilanciate.

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