Leve
Non sempre è facile sollevare oggetti pesanti utilizzando solo i propri muscoli; a volte non è nemmeno possibile,
ma nel corso del tempo l'uomo è riuscito ad inventare degli apparati che possono facilitare queste operazioni.
Questi apparati, in fisica, sono chiamati macchine semplici.
Viene chiamata macchina semplice, un dispositivo che utilizzato per equilibrare o vincere una forza resistente
applicando un'altra forza di intensità o direzione diversa chiamata forza motrice.
Ovviamente queste macchine funzionano basandosi su dei principi fisici come nel caso del momento di una forza.
Tra i dispositivi il cui funzionamento si basa sul principio del momento di forze, troviamo le leve.
Le leve sono degli apparati meccanici utilizzati per amplificare le forze.
La leva è costituita da un'asta rigida che può ruotare attorno ad un punto fisso chiamato fulcro. Chiamiamo :
• R la forza resistente;
• b il braccio della forza resistente;
• F la forza motrice;
• d il braccio della forza motrice.
La leva è in equilibrio quando il momento della forza motrice F è uguale al momento della forza resistente R:
$M_F=M_R\;\;⟶\;\;d·F=b·R$
Più in generale si dice che un sistema di forze è in equilibrio quando è nulla la somma algebrica dei momenti (sempre rispetto allo stesso punto) delle varie forze che lo costituiscono; cioè quando è nullo il momento risultante. Lo schema seguente illustra sinteticamente questo fatto.
Affinchè la forza motrice possa vincere contro una forza resistente maggiore, di esse, occorre che il braccio d della forza F sia maggiore del braccio b della forza resistente R. Se si verifica questa condizione la leva è chiamata vantaggiosa.
Il vantaggio o guadagno G di una leva può essere calcolato dalla formula:
$$G=R/F$$
Da questa formula si conclude che la leva è vantaggiosa se G>1, perchè in tal caso R>F, cioè per vincere una forza resistente R possiamo usare una forza motrice F inferiore ad R.
Dalla formula $b·R=d·F$ si ha:
$$G=R/F=d/b$$
Se il braccio della forza motrice d è maggiore del braccio della forza resistente b, la leva è vantaggiosa, se è minore la leva è svantaggiosa, se i bracci sono uguali, la leva è indifferente.
Classificazione delle leve
Le leve possono essere classificate in tre categorie:
Leve di primo genere : il fulcro è posto tra le due forze F ed R.
un tipico esempio di leva di primo genere è la forbice.
Leve di secondo genere : la forza resistente R si trova tra il fulcro e la forza motrice F.
un classico esempio di leva di secondo genere è lo schiaccianoci.
Leve di terzo genere : la forza motrice F si trova tra il fulcro e la forza resistente R.
una semplice pinzetta per le ciglia può essere annoverata tra le leve di terzo genere.
Le leve di primo genere possono essere sia vantaggiose che svantaggiose
a secondo della lunghezza dei bracci b e d.
Le leve di secondo genere sono sempre vantaggiose perchè d>b.
Le leve di terzo genere sono sempre svantaggiose perchè d<b.
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