Il carbone ed il vapore

Nel corso del Medioevo e poi anche del Rinascimento ci fu una grande richiesta di legname, per costruire navi, per cucinare, per riscaldarsi e per le fonderie. Soprattutto in Inghilterra questa risorsa iniziò a scarseggiare e vaste aree vennero disboscate, perché c'era una una crescente richiesta di energia e di materiali da parte delle prime industrie e in più, la popolazione continuava ad aumentare e ad espandersi in territori prima disabitati. Così si ebbe la prima grande crisi energetica e si trovò una nuova fonte di energia nel carbone.

Proprio dall'esigenza di estrarre sempre nuovo carbon fossile e altre risorse minerarie, nacquero le prime macchine atte a prosciugare le miniere che spesso venivano allagate. Queste macchine sfruttavano proprio il vapore per produrre energia motrice; la prima fu inventata da un ingegnere, Thomas Savery, e funzionava grazie alla depressione del vapore. Tutto ciò aprì la strada a nuove invenzioni che, attraverso Thomas Newcomen e la sua macchina "atmosferica", porteranno alla macchina a vapore di James Watt. Ancora prima bisogna ricordare che Denis Papin inventò una specie di pentola a pressione, utilizzando appunto il carbone come fonte di calore, e da qui partiranno poi gli studi dei grandi personaggi prima citati.
Per saperne di più: le macchine a vapore, la storia della macchina a vapore. Nell'immagine viene rappresentato il classico meccanismo di funzionamento di una macchina a vapore.

La biella con manovella

Schizzo di una intuizione del sistema biella-manovella

Questa novità venne introdotta all'incirca verso il XV secolo ed ebbe un grande successo nel campo tessile (in particolare la seta) con l'arcolaio, anche se già era stata intuita dai vasai nel mondo antico con il tornio. La struttura è la seguente: un'asta piuttosto rigida che da una parte è collegata ad un disco, il volano, e dall'altra ad un pedale che scorre in una guida. In questo modo da un moto alternato del pedale si aveva un moto rotatorio e tutto ciò era possibile grazie al volano, che aveva la funzione di accumulare l'energia  ed una volta che si arrivava al punto morto, il sistema anziché bloccarsi, per inerzia, andava avanti. Questo meccanismo venne ampiamente utilizzato anche se esigeva ingranaggi complessi e robusti e a quel tempo erano disponibili ingranaggi di legno, fragili. Solo con l'avvento delle tecniche minerarie e metallurgiche le cose cambieranno, ma bisogna aspettare il Rinascimento.
Il sistema biella manovella

Il Medioevo

Si può dire che nel corso del Medioevo non ci furono grandi nuove invenzioni per produrre o sfruttare l'energia, più che altro vennero riprese vecchie macchine ( i mulini, i torni ecc ecc) e vennero migliorate. Però un importante meccanismo che permetteva di trasformare il moto circolare in moto rettilineo fu inventato in questo periodo (l'immagine di fianco ne rappresenta una schematizzazione): la camma, costituita da più palette, fissate all'asse rotante, che strisciavano su di un corpo allontanandolo e avvicinandolo all'asse stesso. Questo movimento sfruttava o l'elasticità di rami o la gravità. Villard de Honnecourt, nel "Livre de portraiture", rappresenta una sega idraulica che si basa su codesto principio, in particolare utilizzando un'asta di legno elastico per permettere questo moto alternato. Mentre  successivamente saranno i mantici degli altoforni ad usare il meccanismo che si basava sulla gravità.