Le macchine semplici

Le macchine sono congegni che l'uomo utilizza per equilibrare e per vincere forze, dette forze resistenti, impiegando altre forze, dette forze motrici.

Se la forza motrice è minore della forza resistente, diciamo che la macchina è vantaggiosa; nel caso contrario, diciamo che è svantaggioso.

Una macchina è semplice quando si impiega una sola forza motrice per equilibrare e vincere una sola forza resistente.  Le macchine semplici fondamentali sono la leva e il piano inclinato.

Dalla leva derivano le carrucole (fissa e mobile), il paranco, il verricello e l'argano.

Dal piano inclinato derivano la vite e il cuneo.

Infine, il torchio deriva il suo principio di funzionamento sia dalla leva sia dal piano inclinato.

LA LEVA

La leva è una macchina semplice costituita da un'asta rigida che può ruotare attorno a un punto, detto fulcro.

Sulla leva agiscono due forze: la forza resistente, o resistenza (R), e la forza motrice, o potenza (P).

Anche il fulcro, però, esercita una forza.  Essa si chiama reazione vincolare (V) o forza di reazione del fulcro, perché reagisce all'azione della resistenza e della potenza; questa forza, esercitata in genere dall'elemento che contiene o sorregge il fulcro (per esempio, il perno metallico di uno schiaccianoci o la struttura portante di un'altalena) va tenuta presente da chi progetta o usa una leva, il cui fulcro deve poter sopportare gli sforzi a cui è sottoposto.

La distanza tra il punto di applicazione della potenza e il fulcro si chiama braccio della potenza e si indica con p; la distanza tra il punto di applicazione della resistenza e il fulcro si chiama braccio della resistenza e si indica con r

Una volta conosciute le parti della leva e le forze che vi agiscono, per capirne il funzionamento occorre considerare la sua condizione di equilibrio: per vincere la resistenza, infatti, la potenza deve essere in grado di alterare tale condizione.

I VARI TIPI DI LEVA

Le leve vengono classificate in base alla posizione che la potenza e la resistenza assumono nei confronti del fulcro.

Si ha la leva di primo genere quando il fulcro è situato tra la potenza e la resistenza.

La leva di primo genere è vantaggiosa quando il braccio della potenza (forza motrice) è maggiore del braccio della resistenza; in questo caso, infatti, per la relazione prima ricordata (P : R = r : p), per ottenere la condizionedi equilibrio occorre applicare una forza motrice di intensità minore a quella della resistenza.

Se il braccio della potenza è minore del braccio della resistenza la leva è Vantaggiosa.

Se, infine, il braccio della potenza è uguale a quello della resistenza la leva è indifferente.

Nella leva di primo genere il fulcro reagisce con una forza (V) avente intensità pari alla somma delle altre due forze e verso contrario.

Sono leve di primo genere l'altalena, la bilancia a stadera e le tenaglie.

Si ha la leva di secondo genere quando la resistenza è posta tra il fulcro e la potenza.

Questo tipo di leva è sempre vantaggiosa, perché il braccio della potenza è sempre maggiore del braccio della resistenza.

Nella leva di secondo genere il fulcro reagisce con una forza avente intensità pari alla differenza tra la resistenza e la potenza (R - P) e verso uguale a quello della potenza.

Sono leve di secondo genere lo schiaccianoci, (composto da due leve di secondo genere con il fulcro in comune), la carriola e l'apribottiglie.

Si ha la leva di terzo genere quando la potenza sta tra il fulcro e la resistenza.

La leva di terzo genere è sempre svantaggiosa, perché il braccio della potenza è sempre minore del braccio della resistenza.

Nella leva di terzo genere il fulcro reagisce con una forza avente intensità uguale alla differenza tra la potenza e la resistenza (P - R) e verso uguale a quello della resistenza.

Sono esempi di leva di terzo genere la pinza a molle, la scopa e la canna da pesca.