Impara ad utilizzare le leve per sollevare dei solidi utilizzando i momenti delle forze.
Appunti
Le leve sono macchine che sfruttano i momenti delle forze per eseguire lavori come per esempio sollevare qualcosa di pesante. Ne esistono di tre tipi:
- di primo genere (vantaggiose, svantaggiose, indifferenti)
- di secondo genere (sempre vantaggiose)
- di terzo genere (sempre svantaggiose)
Prerequisiti per imparare le leve
Rapporti e proporzioni
Le leve
Come possiamo sollevare un elefante di massa maggiore a 1000 kg solo avendo un sasso e una barra rigioda di ferro? Utilizzando le leve!
Una leva è una macchina che sfrutta i momenti delle forze per le esigenze umane (tipo sollevare qualcosa di pesante). È formata da un’asta rigida che ruota attorno ad un punto chiamato fulcro $(F)$. Il fulcro può essere agli estremi della leva oppure al centro.
Sull’asta agiscono due forze:
- la forza motrice $(F_m)$ che agisce sulla leva (di solito rappresentata dall’azione umana)
- la forza resistente $(F_r)$ che resiste alla forza motrice (di solito rappresentata da un oggetto).
Il braccio motore $b_m$ è la distanza dal fulcro del punto di contatto della forza motrice con la leva, il braccio resistente $b_r$ è la distanza dal fulcro del punto di contatto della forza resistente con la leva.
Bracci e forze formano due momenti (motore e resistente) che agiscono sulla leva, la leva è in equilibrio quando la somma dei momenti è uguale a 0.
Quindi affinché la leva sia in equilibrio: $b_m⋅F_m=b_r⋅F_r$
Perciò per riuscire a sollevare il nostro elefante con una forza inferiore alla sua basterà avere un braccio motore maggiore.
Tipi di leve
Esistono tre tipi di leve:
- le leve di primo genere sono le leve in cui il fulcro è compreso tra i punti dove vengono applicate la forza motrice e la forza resistente. Esempi: le forbici o l’elefante dell’esempio precedente.
- le leve di secondo genere sono le leve in cui la forza resistente agisce tra la forza motrice e il fulcro. Esempi: la cariola e lo schiaccianoci.
- le leve di terzo genere sono le leve in cui la forza motrice agisce tra la forza resistente e il fulcro. Esempi: il bicipite umano o una pinzetta.
Leve di primo genere
Le leve di primo genere sono le leve in cui il fulcro è compreso tra i punti dove vengono applicate la forza motrice e la forza resistente.
Queste leve possono essere:
- vantaggiose, quando il braccio motore è più lungo del braccio resistente, il che comporta che si può sollevare una forza maggiore con una forza minore
- svantaggiose, quando il braccio motore è più corto del braccio resistente
- indifferenti, se i due bracci sono uguali.
Esempi: le forbici o l’elefante dell’esempio precedente.
Leve di secondo genere
Le leve di secondo genere sono le leve in cui la forza resistente agisce tra la forza motrice e il fulcro.
In queste leve il braccio motore è sempre maggiore di quello resistente perciò le leve di secondo genere sono sempre vantaggiose! Infatti grazie alla cariola riusciamo a sollevare un carico molto pesante con una forza modesta.
Esempi: la cariola e lo schiaccianoci.
Leve di terzo genere
Le leve di terzo genere sono le leve in cui la forza motrice agisce tra la forza resistente e il fulcro.
In queste leve il braccio resistente è sempre maggiore di quello motore, quindi le leve di terzo genere sono sempre svantaggiose!
Esempi: il bicipite umano o una pinzetta.