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Leve & Carrucole
Anche se può sembrare un argomento poco interessante e di rilevanza inferiore rispetto ad
argomenti più “blasonati”, il corpo umano, in particolar modo il sistema muscolo-scheletrico, è
costituito da leve, mentre la palestra è piena di attrezzi che sono costituiti e funzionanti grazie al
sistema delle carrucole; ed è proprio per questo che è importante conoscere alcune nozioni in
merito.
I movimenti corporei, specialmente per chi si occupa dell’ambito sportivo, agiscono attraverso il
sistema di leve, occorre quindi sapere alcune definizioni basilari:
Leva: corpo (rigido o semirigido), che quando passa attraverso il fulcro, esercita una forza
impedendo la sua tendenza alla rotazione, ma quando essa subisce una forza non in linea con il
punto di rotazione tende a ruotare.
Fulcro: il punto (o perno) intorno al quale una leva ruota o agisce.
Braccio del momento: detto anche braccio di leva, o braccio della forza, è la distanza
perpendicolare dalla linea d’azione della forza rispetto al fulcro.
Forza rotatoria: denominata anche momento o coppia, in modo quantitativo viene detta «il
prodotto di una forza per la lunghezza del braccio della forza stessa», ovvero il grado con cui una
forza tende a ruotare un oggetto attorno al fulcro.
Forza muscolare: forza esercitata dal muscolo su ciascuna delle due estremità, quando è elettrochimicamente stimolato ad accorciarsi.
Forza resistente: forza generata da una fonte esterna al corpo, che agisce in opposizione alla forza
muscolare(es.: gravità, inerzia e attrito).
Vantaggio meccanico: il rapporto tra il braccio della forza applicata e il braccio della forza
resistente. Per avere equilibrio il braccio della forza applicata deve essere uguale al braccio della
forza resistente. Un vantaggio meccanico maggiore di 1,0 viene detto “vantaggioso”, quando la
forza motrice è minore della forza resistente; mentre un vantaggio meccanico inferiore a 1,0 viene
detto “svantaggioso”, quando la forza motrice è maggiore rispetto alla forza resistente;
“indifferente” quando braccio motrice e braccio resistenti sono uguali, e quindi la forza motrice e
la forza resistente sono uguali.
Inoltre è molto importante sapere che esistono ben tre tipologie differenti di sistemi di leve, e per
questo infatti le leve si distinguono in leve di primo genere, leve di secondo genere, e leve di terzo
genere. Vengono divise in generi, ma alcuni autori potranno utilizzare il sinonimo “classi”.
Leve di primo genere: leva in cui forza muscolare e forza resistente agiscono sui lati opposti del
fulcro (dette interfucrali, vantaggiose, svantaggiose e indifferenti; es.: atlante occipitale).
Leve di secondo genere: leva in cui le forze applicate e le forze resistenti agiscono sullo stesso lato
del fulcro (dette interresistente, vantaggiose; es.: articolazione tibio-tarsica).
Leve di terzo genere: leva in cui le forze applicate e le forze resistenti agiscono sullo stesso lato del
fulcro, ma la forza muscolare agisce attraverso un braccio inferiore rispetto a quello della forza
resistente (dette interpotente, svantaggiose; es.: articolazione del gomito).
La maggior parte dei muscoli provoca una rotazione degli arti attorno alle articolazioni, operano
con un vantaggio meccanico inferiore a 1,0; quindi in una condizione di svantaggio. Per questo
motivo le forze esercitate dal corpo sugli oggetti esterni sono inferiori rispetto alle forze muscolari
interne.
Si notano inoltre alcune differenze di inserzioni tendinee da individuo a individuo; più il tendine
inserito nell’osso è lontano rispetto al centro di articolazione, più si avrà maggiore produzione di
forza, al contrario più il tendine inserito nell’osso è vicino più si otterrà maggiore velocita dei
movimenti in questione. Questo perché la forza muscolare agisce su un braccio più lungo nel
primo caso (di conseguenza la forza muscolare agisce su un braccio più lungo, e quindi può
produrre una maggiore rotazione intorno all’articolazione) e più corto invece nel secondo (di
conseguenza ha un percorso più corto di contrazione).
Molte articolazioni cambiano tipologia di leva durante alcuni movimenti. Nel corpo umano le leve
più presenti sono quelle di terzo genere, ovvero quelle svantaggiose! Questo perché il sistema
muscolo scheletrico è fatto per generare ROM e velocità di movimento, piuttosto che forza
elevata. L’escursione e la velocità sono inversamente proporzionali al vantaggio meccanico!
Carrucola fissa: o puleggia fissa (leva di primo genere), può essere considerata una leva a bracci
eguali, macchina indifferente, cambia solo la direzione e il verso della forza rispetto alla resistenza;
ovvero, in altre parole, tiro il carico di 10 cm e il carico si sposta di 10 cm; infatti forza motrice e
forza resistente hanno la stessa intensità.
Carrucola mobile: o puleggia mobile (leva di secondo genere), detta anche “paranco”, è una
macchina vantaggiosa, può essere considerata una leva con il fulcro all’estremo, e il punto
d’applicazione della forza motrice all’altro estremo; quindi la forza motrice e la forza resistente
hanno versi opposti. In questa carrucola applico metà della forza per equilibrare la resistenza.
Carrucola composta: è composta sia da carrucola fissa che mobile (1 carrucola fissa + 1 carrucola
mobile). In questo tipo di carrucola la forza motrice, grazie proprio all’utilizzo di una puleggia fissa,
cambia il verso rispetto alla forza resistente. Demoltiplica la forza da applicare, perché il braccio
della forza motrice è il doppio del braccio della forza resistente; e moltiplica lo spostamento da
compiere in fase di tiraggio.
Paranchi multipli: sono composti da più carrucole composte. Il lavoro meccanico da compiere è lo
stesso, ma se voglio ridurre la forza applicata, devo aumentare in maniera proporzionale lo
spostamento (tiraggio).
Camme: la forma ellittica gli consente di avere 3 tipi di vantaggi nel rapporto tra braccio motrice e
braccio resistente, infatti vengono chiamate carrucole a profilo variabile, perché permettono di
variare di continuo i bracci di leva durante l’escursione del movimento, avendo cosi’ una continua
variazione dell’intensità della forza necessaria a produrre il movimento. In una posizione di
partenza in cui il fulcro è verticale al suolo, il braccio resistente vincerà il braccio motrice; quando il
fulcro si troverà parallelo al suolo, ma distante dal braccio resistente, ancora una volta il braccio
resistente vincerà sul braccio motrice, mentre quando il fulcro starà sempre parallelo al suolo, ma
in prossimità del braccio resistente, allora in questo caso vincerà invece il braccio motrice sul
braccio resistente. Le camme danno vantaggio in quei gradi di ROM dove il braccio della forza
motrice è estremamente svantaggioso (es. l’inizio della trazione alla lat machine).
A cura di,
Gabriele Grassadonia
Eugenio Di Maro