2. 1 CHE COS’È UNA MACCHINA SEMPLICE?
È una macchina semplice quella che non è possibile smontare o smembrare per ottenere macchine più piccole.
Normalmente usiamo i nostri muscoli per vincere o equilibrare una forza (per esempio, un peso). I nostri muscoli esercitano una forza motrice o potenza, mentre la forza che cercano di vincere è detta forza resistente o resistenza.
Spesso però i nostri muscoli non hanno la forza sufficiente per muovere quanto necessario: in questi casi i muscoli vengono sostituiti da una macchina semplice in grado di esercitare la forza motrice che occorre.
Ciò che ci spinge a usare una macchina, è trarre un vantaggio in termini di impiego di energia. Mettendo in relazione il vantaggio che traiamo con la resistenza di quanto dobbiamo spostare e con la potenza esercitata dalla macchina, possiamo scrivere:
Vantaggio = Resistenza/Potenza
Se il vantaggio è uguale (=) a uno (V = 1), ovvero la forza motrice ha lo stesso valore della forza resistente, la macchina si dice indifferente. “Indifferente” non significa, però, inutile. Spesso, infatti, l’impiego della macchina può anche essere quello di applicare la forza motrice in modo più comodo e adatto. Un esempio tipico è l’uso del bastone da parte di una persona che ha difficoltà nel camminare a causa di un piede rotto: il bastone trasmette a terra il peso attraverso la mano che lo impugna e questa spinta compensa o rimpiazza la forza che il piede non può esercitare.
Le principali macchine semplici sono la leva e il piano inclinato:
- dalla leva derivano la carrucola (fissa e mobile), il verricello e l’argano;
- dal piano inclinato derivano il cuneo e la vite.
2. 2 LA LEVA
Anche il fulcro esprime una forza - reazione vincolare (V) o forza di reazione del fulcro - che reagisce alle prime due sopportando gli sforzi a cui il fulcro è sottoposto.
Si definisce braccio della potenza la distanza tra il punto dove si applica la potenza e il fulcro (e si indica con p).
Si definisce braccio della resistenza la distanza tra il punto dove si applica la resistenza e il fulcro (e si indica con r) ►FIG. 4.
Se tutte le forze applicate si annullano reciprocamente, si ha la condizione di equilibrio.
Possiamo esprimere così la relazione che lega tra loro la potenza e il suo braccio, la resistenza e il suo braccio, definendo la condizione di equilibrio:
P : R = r : p
oppure:
R x r = P x p
A seconda di come sono collocati fulcro, potenza e resistenza, si distinguono leve di primo, secondo e terzo genere.
► Leva di primo genere. Si ha quando il fulcro si trova tra la potenza e la resistenza.
La leva è vantaggiosa se il braccio della potenza (dove si applica la forza motrice) è maggiore del braccio della resistenza; oppure se per raggiungere la condizione di equilibrio bisogna applicare una forza di intensità minore di quella della resistenza.
La leva è svantaggiosa se il braccio della potenza è minore di quello della resistenza.
La leva è indifferente se il braccio della potenza è uguale a quello della resistenza.
Il fulcro, nella leva di primo genere, reagisce con una forza V che è la somma dell’intensità delle altre due forze e ha verso contrario.
Esempi di leva di primo genere sono le pinze, le forbici e il remo.
► Leva di secondo genere. Si ha quando la resistenza si trova tra il fulcro e la potenza.
È un tipo di leva sempre vantaggiosa, poiché il braccio della potenza è sempre maggiore di quello della resistenza.
Il fulcro, nella leva di secondo genere, reagisce con una forza V che è la differenza delle intensità tra resistenza e potenza e ha verso uguale a quello della potenza.
Esempi di leva di secondo genere sono l’apribottiglia, la carriola e lo schiaccianoci.
► Leva di terzo genere. Si ha quando la potenza si trova tra il fulcro e la resistenza.
È un tipo di leva sempre svantaggiosa, poiché il braccio della potenza è sempre minore di quello della resistenza.
Il fulcro, nella leva di terzo genere, reagisce con una forza V che è la differenza delle intensità tra potenza e resistenza e ha verso uguale a quello della resistenza.
Esempi di leva di terzo genere sono la pinza per il ghiaccio, la vanga e la canna da pesca.