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Le macchine semplici sono macchine che non possono essere scomposte in macchine ancora più elementari Sono le macchine che erano già disponibili nell’antichità Si basano sulla sola forza muscolare col principio di amplificazione della forza con espedienti meccanici Un qualsiasi dispositivo atto a vincere una forza (resistenza) con la sola forza muscolare (potenza) è detta macchina semplice Sono macchine semplici: Carrucole Leva Piano inclinato Ingranaggi dentati Manovella Cuneo Catene Cuscinetti Molla Primo seme: sussidiario per la Macchina semplice1949 che consiste in un quinta classe elementare. 4/4: le leve corpo rigido (di norma costituito da una sbarra) girevole intorno a un asse fisso (detto fulcro) e soggetto all’azione di due forze tradizionalmente dette l’una potenza (la forza muscolare) e l’altra resistenza (la forza che occorre vincere) La distanza fra la resistenza e il fulcro prende il nome di braccio della resistenza La distanza fra il fulcro e la potenza prende il nome di braccio della potenza Potenza resistenza Braccio della resistenza br Braccio della potenza bp P Asta rigida R Fulcro Fonte matematicaweb.it Fonte matematicaweb.it Fonte matematicaweb.it Nelle leve la lunghezza dei bracci della potenza e della resistenza sono altrettanto importanti dei valori di quest’ultimi In una condizione di equilibrio bisogna tener conto di entrambi i valori L’equilibrio si ottiene quando il braccio della potenza per la potenza è uguale alla resistenza per il braccio della resistenza oppure Esistono tre tipi di leva 1. Leve di primo genere 2. Leve di secondo genere 3. Leve di terzo genere Fonte immagini Fisica.Cattolica.Info Possono essere vantaggiose, svantaggiose o indifferenti a seconda della lunghezza dei bracci della potenza e della resistenza Per definizione sono sempre vantaggiose Per definizione sono sempre svantaggiose 1922 Quale forza occorre applicare per equilibrare una forza di 500 N sapendo che il braccio della resistenza è di 30 cm e quello della potenza di 100 cm? incognita Legge delle leve Risolta rispetto a P Il piano inclinato è una macchina Galilei «Le Meccaniche» semplice che mi consente di far salire un’oggetto con una forza minore di Pf PEf quella del suo peso h PEp Come si vede nella figura la grande l PE PF massa E è equilibrata dalla piccola massa F, come mai? Vediamo quali sono gli elementi che abbiamo a in figura: la lunghezza l del piano inclinato, altezza h, il peso di E e il peso di F PE può essere scomposta in due componenti, una che la fa rotolare verso il basso Pef (parallela al piano inclinato) e una perpendicolare al piano (che non ha alcuna influenza sul nostro problema e può essere trascurata) Per mantenere il corpo in equilibrio basta equilibrare questa forza che è minore di P perciò il piano inclinato è vantaggioso Per motivi che risulteranno chiari alle scuole superiori e per non andare troppo oltre rispetto a ciò che è richiesto ad un corso di scuola media possiamo concludere che la condizione di equilibrio è data dalla relazione: Perciò il piano inclinato sarà tanto più vantaggioso quanto più sarà lungo La vite è una macchina semplice che deriva dal piano inclinato, come possiamo verificare arrotolando un triangolo rettangolo di carta attorno a una matita: l’ipotenusa del triangolo costituisce il piano inclinato che si arrotola attorno alla matita, proprio come una vite. Lo sforzo da compiere per far penetrare una vite è tanto minore quanto più piccolo è il suo passo, ossia la distanza tra due spire successive. Il cuneo, formato dall’unione di due piani inclinati, scompone la potenza in due direzioni, perpendicolari ai due piani che lo costituiscono; nel materiale in cui è inserito, per esempio un ceppo di legno, vengono quindi applicate due forze divergenti. Il cuneo è una macchina vantaggiosa, perché la potenza è sempre inferiore alla resistenza alla resistenza. Sfruttano lo stesso principio del cuneo tutti gli utensili che servono per spaccare o per tagliare, come le asce e le lame dei coltelli. La carrucola serve per sollevare pesi Si tratta di una particolare leva di primo genere costituita da un disco girevole solcato intorno al quale viene fatta passera una fune La resistenza è il peso e la forza applicata è la potenza per sollevarlo Dalla seguente figura si vede come essa sia una leva indifferente Si tratta comunque di uno strumento utile perché permette di far cambiare di verso ad una forza e di sfruttare il perso del corpo per far salire un oggetto Fonte:Ivolda Vòllaro, "Natura senza misteri", osservazioni ed elementi di scienze naturali per la scuola media (volume II), Bergamo, Minerva Italica, 1968 La carrucola mobile utilizza un sistema di carrucole di cui una è fissa e le altre sono mobili Si tratta di una leva di secondo genere con la resistenza situata fra il fulcro e la potenza perciò è sempre vantaggiosa Nel caso più semplice della carrucola doppia si ha che il braccio della potenza è il doppio di quello della resistenza perciò basta un forza di 50 N per equilibrarne una di 100 N L’aggiunta di ulteriori carrucole contribuisce a far diminuire la forza necessaria per sollevare un corpo Finalmente non è da passare sotto silenzio quella considerazione, la quale da principio si disse esser necessaria d'avere in tutti gì'instrumenti mecanici: cioè, che quanto si guadagna di forza per mezo loro, altrettanto si scapita nel tempo e nella velocità. Il che per avventura non potria parere ad alcuno così vero e manifesto nella presente speculazione; anzi pare che qui si multiplichi la forza senza che il motore si muova per più lungo viaggio che il mobile. Galileo Galilei «Le Meccaniche» 1594
