Le leve

Si chiamano macchine quei dispositivi inventati dall'uomo che servono a vincere una forza applicando una forza diversa per intensità e direzione. Le leve sono dette macchine semplici, perché non contengono altri dispositivi.
La leva è un'asta rigida che può girare intorno a un punto fisso detto fulcro, F. In due diversi punti della leva si applicano due forze chiamate rispettivamente forza resistente o resistenza, R (è il peso del carico da sollevare) e forza motrice o potenza, P (è la forza applicata per sollevare il carico) Si chiama braccio della resistenza, Br, la distanza tra il fulcro e il punto di applicazione della resistenza; si chiama braccio della potenza, bp, la distanza tra il fulcro e il punto di applicazione della potenza. La lunghezza della leva è uguale alla somma dei due bracci.
Le leve vantaggiose, svantaggiose e indifferenti
Le leve possono essere di tre tipi:
Vantaggiose se permettono di equilibrare una forza resistente maggiore impiegando una forza motrice minore;
Svantaggiose se l’equilibrio viene raggiunto impiegando una forza motrice maggiore di quella resistente;
Indifferente quando l’equilibrio si raggiunge impiegando una forza motrice d’intensità uguale a quella resistente.
In una leva c’è l’equilibrio se il prodotto della potenza, P, per il suo braccio, bp, è uguale al prodotto della resistenza, R, per il suo braccio, br:
P×bp=R×br
Il vantaggio di una leva è perciò determinato dalla lunghezza relativa dei due bracci. Se il braccio della potenza è sufficientemente più lungo di quello della resistenza, una forza motrice minore potrà equilibrare una resistenza notevolmente maggiore. Una famosa frase di Archimede è, infatti: Datemi un punto d’appoggio e solleverò il mondo!


Esistono tre tipi di leva: di 1° genere, di 2° genere, di 3° genere.
Si chiama leva di 1° genere quella ha il fulcro posto tra la potenza e la resistenza Ne sono esempi la stadera, l'altalena Le tenaglie e le forbici sono combina zioni di due leve di 1° genere. Le leve di 1° genere possono essere vantaggiose e/o svantaggiose: sono vantaggiose se il braccio della potenza è più lungo di quello della resistenza.

Si chiama leva di 2° genere quella che ha la resistenza posta tra il fulcro e la potenza, Ne sono esempi l'apribottiglie e la carriola. Lo schiaccianoci è la combinazione di due leve di 2° genere. Esse sono sempre vantaggiose, infatti, il braccio della potenza è, per costruzione, sempre più lungo di quello della resistenza.

Si chiama leva di 3° genere quella che ha la potenza posta tra il fulcro e la resistenza. Ne sono un esempio, la scopa e il badile. Il prendi brace e le pinze del ghiaccio e da laboratorio sono combinazioni di due leve di 3° genere. Sono sempre leve di tipo svantaggioso poiché il braccio della potenza è, per costruzione, sempre meno lungo di quello della resistenza. Lo svantaggio si riferisce solo all’intensità della forza motrice da impiegare. C’è un vantaggio più importante: si può afferrare un tizzone senza bruciarsi o strapparsi un pelo senza farsi troppo male.

Le leve del corpo

I tre generi di leve sono presenti anche nel corpo umano. L’asta della leva è rappresentata dalle ossa. Il fulcro dall’articolazione, la potenza dalla forza di un muscolo che si contrae, la resistenza da un peso, che può essere quello di tutto io corpo, o di una sua parte o di un oggetto.

Condizioni di equilibrio di una leva

Sappiamo che una leva si trova in equilibrio fino a quando il prodotto della potenza, P, per il suo braccio, bp è uguale al prodotto della resistenza, R, per il suo braccio, br. Variare il valore della potenza e quello del suo braccio è pertanto possibile, purché il loro prodotto rimanga costante. E altresì possibile variare il valore della resistenza e quello del suo braccio, purché il loro prodotto rimanga anch’esso costante. Ciò significa che, in condizioni di equilibrio, la potenza e il suo braccio sono grandezze inversamente proporzionali: anche la resistenza e il suo braccio sono inversalmente proporzionali. Per esempio, mettiamo caso che a una leva sia applicata una potenza di 4 kg, con il braccio della potenza lungo 40 cm e il braccio della resistenza lungo 80cm. Per ottenere la RESISTENZA bisogna sostituire i valori dell’uguaglianza.
P×bp=R×br
E si ottiene
4×40=R×80
Da cui
R=160÷80=2 kg
L’equilibrio, quindi, si raggiungerà con una resistenza di 2 kg, ma si raggiungerà, anche se il valore della resistenza sarà 20 kg, con il braccio lungo 8 cm (20x8=160) o anche con una resistenza di 5kg e un braccio di 32 cm(anche in questo caso 5x32=160).
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