La prima locomotiva corre dall'Oceano Atlantico all'Oceano Pacifico lungo la Panama Railway.
La locomotiva è il mezzo ferroviario che imprime il movimento al treno. La prima locomotiva fu realizzata nel 1825 in Inghilterra ad opera di George Stephenson come applicazione della macchina a vapore al movimento di merci e persone. In termini strettamente tecnici, il termine locomotiva si riferisce esclusivamente alle locomotive a vapore. Si dovrebbe infatti usare il termine locomotore o locomotrice per le locomotive elettriche e motrice per le locomotive Diesel. Vi sono poi casi particolari nei quali va usato il termine elettrotreno. Tuttavia, per facilitare la ricerca delle voci, il vocabolo locomotiva verrà qui usato per tutte le tipologie di trazione.
Storia della locomotiva
Sin dal XVII secolo nelle miniere erano in uso semplici carrelli su binari, trainati da animali o da uomini.
Con la rivoluzione industriale e l'invenzione della trazione a vapore, la meccanica cominciò a sostituire la forza degli animali nei lavori pesanti.
Già alla fine del XVIII secolo il motore a vapore cominciava a diffondersi in ambito industriale, e vi furono i primi tentativi di applicazione delle caldaie a mezzi di trasporto.
Il primo a riuscire a far muovere un veicolo su rotaia grazie alla forza del vapore fu l'inventore inglese Richard Trevithick, che nel febbraio 1804 costruì la prima locomotiva a vapore funzionante per la miniera di Pennydarren in Galles.
La macchina di Trevithick era semplice e spartana, una semplice caldaia in ferro con un camino posto presso la bocca di caricamento del carbone. Il vapore veniva convogliato ad un cilindro verticale, al lato opposto del camino, che trasmetteva il movimento ad un asse motrice tramite un semplice biellismo. La caldaia era capace di una pressione di circa 2,8 chilogrammi per centimetro quadrato, ed era dotata di una valvola di sfogo per le sovrappressioni.
Nel 1808 Trevithick costruì una seconda macchina, simile, chiamata ironicamente Catch me who can (Mi prenda chi può).
Nel 1812 l'ingegnere Matthew Murray e l'industriale John Blenkinsop costruirono la prima macchina a due cilindri, da 203 mm di diametro l'uno. Anche in questo caso i cilindri erano verticali, ed erano collegati con un meccanismo simile a quello di Trevithick. L'asse motrice era dotato di ruote dentate che correvano su una cremagliera, aumentando notevolmente la presa sul binario e quindi l'efficienza. Questa macchina a tre assi, denominata Salamanca, era di dimensioni maggiori rispetto a quella di Trevithick e si dimostrò adatta a trasportare il carbone della miniera di Middleton (di proprietà di Blenkinsop). Ne vennero prodotti altri tre esemplari; queste macchine servirono ininterrottamente fino agli anni trenta del XIX secolo, nonostante fossero costose da mantenere e fossero soggette a guasti della ruota dentata.[1]
Nel 1813 l'ingegnere William Hedley, il motorista Jonathan Forster e il fabbro Timothy Hackworth costruirono una nuova locomotiva per Christopher Blackett, proprietario della miniera di Wylam Colliery presso Newcastle upon Tyne. Questa macchina, denominata Puffing Billy, condivideva la struttura a tre assi con la Salamanca, ma era priva di assi indentati: la trazione veniva data dal semplice attrito ruota-rotaia, come per la Pennydarren di Trevithick. La trasmissione in compenso era molto più complessa, con una coppia di bilancieri collegati ai cilindri che muovevano un ingranaggio che distribuiva la rotazione alle ruote.
George Stephenson costruì nel 1814 la sua prima locomotiva: ingegnere motorista presso la miniera di Killingworth costruì una macchina ispirata alle precedenti, chiamata Blucher. La caldaia, lunga 2430 mm e di 863 mm di diametro esterno (507 interno) alimentava due cilindri da 203 mm di diametro per 609 mm di corsa. La Blucher pur essendo di meccanica tradizionale, aveva alcune significative innovazioni: per la prima volta le ruote erano dotate di flange interne per tenere la macchina sul binario (invece di usare il binario stesso come flangia), e per la prima volta i cilindri (ancora verticali) erano collegati direttamente alle ruote motrici.
Nel 1821 Stephenson costruì la Locomotion per la Stockton and Darlington Railway: era in grado di percorrere 15 km a 39 km/h, portando 80 tonnellate di carico.
Nel 1829 fu la volta della Rocket, sempre di Stephenson, la prima locomotiva moderna. Per la prima volta usava una caldaia multitubolare, più efficiente, e per la prima volta lo scarico era dotato di eiettore che ne migliorava le prestazione. La macchina vinse i Rainhill Trials nell'ottobre del 1829, entrando in servizio sulla Liverpool-Manchester.
Sempre nel 1829 la Compagnia del Canale del Delaware & Hudson acquistò dall'Inghilterra la Stourbridge Lemon, la prima locomotiva in servizio sul continente americano, destinata a trasportare carbone tra Carbondale e Hones (Pennsylvania). L'esperimento fallì per via delle rotaie troppo deboli.
Intanto anche negli Stati Uniti alcuni inventori si lanciarono nell'impresa di costruire locomotive a vapore: Peter Cooper costruì una rudimentale locomotiva per servire tra Baltimora e l'Ohio: la caldaia era costruita con tubazioni ricavate da canne di fucile, e la macchina sviluppava soltanto 1,43 cavalli vapore. Dal 1830 gli esperimenti cominciarono a dare i risultati, con la costruzione della Best Friend e della West Point, (1831). Quest'ultima, più tradizionale, era caratterizzata dalla lunga caldaia e dai cilindri inclinati, mentre la prima aveva una rudimentale caldaia verticale.
Le macchine statunitensi erano in genere più innovative ed insolite, ma meno efficienti. Gli inglesi continuarono lo sviluppo su una linea più tradizionalista, in cerca di maggiore efficienza e potenza, mentre gli americani cercarono di risolvere i problemi puntando su revisioni radicali della struttura della locomotiva.
Nel 1831 venne presentata la South Carolina, una strana e lunghissima macchina simmetrica con due corpi caldaia contrapposti, due grandi ruote motrici centrali e due camini alle estremità; la postazione di guida stava al centro, con il guidatore arrampicato sopra le due caldaie. Nel 1832 fu costruita la Atlantic, Phineas Davis, altra macchina dalla sagoma peculiare per via della caldaia e dei camini ritti al centro dell'ampio pianale.
Nel 1832 il costruttore americano Matthias W. Baldwin presentò la Old Ironsides, la sua prima macchina. Baldwin in seguito avrebbe fondato la Baldwin Locomotive Works, colosso del settore delle costruzioni ferroviarie.
L'evoluzione delle locomotive a vapore è proseguita senza interruzione fino alla seconda metà del XX secolo, con una continua evoluzione sia nelle dimensioni che nelle potenze e nel numero di assi fino ad arrivare a delle potenze di traino invidiabili anche ai giorni odierni.
La successiva tappa evolutiva ha portato all'utilizzo di motori diesel e motori elettrici con benefici effetti sia sul problema dell'alimentazione dei motori (oggi solo durante le corse dei treni storici è possibile vedere i ferrovieri che spalano carbone dal tender nel forno della locomotiva), sia riguardo all'inquinamento atmosferico con la progressiva sparizione dei famosi pennacchi di fumo (iconografia classica di tanti film western ad esempio). La prima locomotiva elettrica risale al 1879, a corrente continua; quella a corrente alternata al 1903. Nel 1908 è la volta della turbina a vapore; nel 1912 la prima locomotiva diesel, e nel 1914 la prima diesel-elettrico.
Nel 1905 viene stabilito il record di velocità (tuttora imbattuto) di 205 km/ora per le locomotive a vapore. Nel 1955 la locomotiva elettrica raggiunge il record di 315 km/ora, e nel 1972 una locomotiva a turbina raggiunge i 318 km/ora.
Verso la fine del secolo XIX in Italia, dopo l'unificazione delle Reti Ferroviarie (Rete Mediterranea e Rete Adriatica) fu dato un forte impulso alla elettrificazione con il sistema trifase per agevolare la trazione sulle reti di valico, poi convertito in 3 kV CC dopo la sperimentazione sulla Foggia-Benevento cominciata nel 1927. Al giorno d'oggi la preferenza per i treni passeggeri va alle locomotive elettriche e la scelta di quelle Diesel rimane confinata ai tratti dove l'elettrificazione delle linee non è presente o per usi specifici di manovra. Fra le zone non elettrificate in Italia la maggiore carenza è nel 90% della strada ferrata della Sardegna.
In altri paesi la motrice Diesel rimane relegata al campo dei trasporti merce, ma ci sono casi (in Danimarca, ad esempio) dove viene utilizzata con successo anche per i treni passeggeri ad alta velocità.
Nelle locomotive Diesel la trasmissione può essere idraulica oppure elettrica. Nel primo caso tra motore ed assi agisce un cambio idraulico in cui un fluido (olio) viene pompato su una turbina mettendola in rotazione, la turbina a sua volta trascina gli assi motori; nel secondo caso il mo un alternatore o una dinamo, collegata rigidamente col motore diesel, genera l'elettricità che alimenta i motori di trazione posti nei carrelli e collegati con cascate di ingranaggi agli assi.
Non ha avuto invece molto successo il tentativo, a cavallo della seconda guerra mondiale, dell'alimentazione con turbina a gas, all'inizio soprattutto a causa del notevole rumore prodotto da questa soluzione, in seguito per una valutazione poco positiva dei costi di esercizio e manutenzione di questa tecnica.
Nel 2005 è entrata in funzione sulla linea Linköping-Västervik (Svezia) la prima automotrice spinta da biogas. Le due automotrici sulla linea consumano biogas prodotto dalla decomposizione di sostanze organiche ed emettono una minor quantità di anidride carbonica rispetto a quella emessa da altri tipi di motori. Ha un'autonomia di 600 km e raggiunge una velocità massima di 130 km/h. La prima automotrice è del tipo Y1, prodotta da Fiat Ferroviaria a Savigliano ALn 668 modificata con motore Volvo; la seconda del tipo Kustpilen dalla ditta Scania AB.
Nel maggio 2006 è stata sperimentata con successo sulla linea Mestre-Adria l'alimentazione di un'automotrice Diesel tradizionale (la 663 906 ST) con olio di girasole. Il motore non ha subito alcuna modifica, è stato aggiunto un serbatoio supplementare per l'olio di girasole ed una serpentina di riscaldamento per portarlo alla viscosità ottimale.
Oggi, sono in via di sviluppo anche alcuni nuovi progetti per treni ad alta velocità con trazione a vapore, resi possibili dalle nuove tecniche costruttive e pensati per recuperare il fascino dei vecchi steamer degli anni '30.
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