LE MACCHINE SEMPLICI
Le leve
Si definiscono leve quei corpi rigidi che possono ruotare attorno ad un
appoggio fisso, detto fulcro, e sui quali agiscono una Fm e una Fr.
La distanza tra il punto di applicazione della forza e il fulcro prende il nome di
braccio: avremo quindi un bm (braccio della forza motrice) e un br (braccio della
forza resistente).
Il prodotto tra la forza e il suo braccio viene definito momento. Si ha la
condizione di equilibrio quando il momento della forza motrice è uguale al
momento della forza resistente:
Fm x bm = Fr x br
In base alla posizione del fulcro rispetto ai punti di
applicazione delle forze si distinguono tre tipi di leve:
Leva di primo genere: il fulcro è posizionato tra la Fm e
la Fr. Può essere:
- vantaggiosa, se bm > br
- svantaggiosa, se bm < br
- indifferente, se bm = br
Leva di secondo genere: il fulcro è posto ad una
estremità dell’asta, la Fm all’altra estremità e fra le due è
posta la Fr.
È sempre vantaggiosa, poiché è sempre bm > br
Leva di terzo genere: il fulcro è posto ad una estremità
dell’asta, la Fr all’altra estremità e fra le due è posta la Fm
È sempre svantaggiosa, poiché è sempre bm < br
Esempi di leve di 1°, 2° e 3° genere
Il piano inclinato
Il piano inclinato è una macchina che permette il sollevamento di
corpi, costituita da una superficie inclinata che collega il piano su cui è
posto il corpo da sollevare con quello in cui lo stesso corpo deve
essere spostato.
Per effetto della scomposizione delle forze, la forza necessaria per
muovere un corpo su di un piano inclinato è sempre minore di quella
che occorrerebbe per sollevarlo.
Il cuneo
È una macchina semplicissima il cui principio di
funzionamento è molto simile a quello del piano
inclinato. È costituito da un corpo metallico a forma di
prisma triangolare e serve in genere per provocare la
separazione di due parti di un corpo unico in cui esista
già una fenditura.
La vite
È costituita da un cilindro metallico, con una testa scanalata a croce o a taglio per
inserire il cacciavite, che presenta un rilievo elicoidale, chiamato filetto, che ruotando
avanza nel materiale. Il filetto della vite si può pensare come la sezione di un piano
inclinato che viene avvolto su se stesso.
La carrucola
Si chiama carrucola (o puleggia) una ruota girevole attorno a un asse passante per il suo
centro. Sul bordo esterno è praticata una scanalatura (o gola) nella quale può scorrere
una fune. Esistono de tipi di carrucole:
La carrucola fissa: viene definita fissa se la staffa è fissata ad un supporto: il peso
agganciato all’estremo della fune viene sollevato tirando l’altro estremo della fune.
Tale macchina non è in grado di moltiplicare l’intensità della Fm (che deve pertanto
essere comunque superiore ala Fr) ma il vantaggio di tale macchina sta nel poter
modificare la direzione della Fm a piacere.
Ad esempio, per sollevare un peso è possibile agire tirando verso il basso invece che
verso l’altro, potendo così sfruttare anche il proprio
peso del corpo.
La carrucola mobile: differisce da quella fissa in
quanto ad essere agganciato in modo fisso è un capo
della fune, mentre la carrucola è libera di muoversi
lungo la fune stessa. Il peso da sollevare è attaccato
alla carrucola e la forza deve essere esercitata sul capo
della fune libero.
Si comporta come una leva di secondo genere: il fulcro
è posto all’estremo del diametro della ruota, la forza
resistente al centro e la forza motrice all’altro estremo
del diametro stesso. È pertanto una macchina sempre
vantaggiosa. Normalmente viene accoppiata ad una
carrucola fissa, in modo da consentire il sollevamento
del corpo agendo, comunque, verso il basso.
Il paranco
È costituito da un sistema di carrucole fisse e mobili collegate fra di
loro. A seconda del numero di carrucole utilizzate le Fm si riduce della
metà, di un terzo, di un quarto etc... rispetto alla Fr da contrastare,
poiché il peso si suddivide lungo i tratti di fune che collegano le
carrucole.
Il verricello
È costituito da un cilindro ruotante intorno al proprio asse (tamburo) alla cui estremità è unita una carrucola di
diametro notevolmente più grande. La Fm è applicata alla carrucola mediante una fune che si avvolge sulla gola
stessa mentre la Fr è applicata a una seconda fune che si avvolge sul tamburo. È una macchina sempre
vantaggiosa, poiché il bm (il raggio della carrucola) è sempre maggiore del br (il raggio del tamburo).
Varianti del verricello sono il verricello a manovella e il verricello a ingranaggi, con i quali si può demoltiplicare
ulteriormente lo sforzo.