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Le Macchine Semplici
“Giuseppe Frangiamore con la collaborazione di Angelo La Greca”
Una macchina semplice è chiamata così perché non si può scomporre in macchine ancora più
elementari. Dal punto di vista storico, rappresentano le tecnologie più antiche per applicare una forza
maggiore della sola forza muscolare, attraverso il principio del guadagno meccanico.
Per "macchina" si intende quindi qualsiasi apparecchio utilizzato per aumentare il valore della forza,
cambiarne la direzione o aumentare la velocità con cui si esegue un lavoro.
La leva
La leva è una macchina semplice che è costituita da un'asta rigida (costituita da una lunga trave, un
travicello o una sbarra) che ruota attorno ad un punto fisso, detto fulcro. Archimede, il matematico
greco, scoprì il principio della leva e disse, con una celebre frase, che se avesse avuto una leva
abbastanza lunga ed un punto d'appoggio, avrebbe potuto sollevare il mondo.
Sulla leva agiscono due forze contrapposte: la forza resistente (FR) e la forza motrice (FM) che compie
il lavoro.
Si definisce “Guadagno” di una macchina il rapporto tra la forza resistente e la forza motrice:
G = FR / FM
Si possono avere i seguenti casi:
•
Se FM è uguale a FR, la leva si dice "indifferente" e G = 1;
•
Se FM è maggiore rispetto a FR, la leva si dice "svantaggiosa" e G < 1;
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•
Se FM è minore rispetto a FR, la leva si dice "vantaggiosa" e G > 1.
La distanza tra il fulcro e la resistenza è detta "braccio delle resistenza" BR, quella tra il fulcro e la forza
motrice è detta "braccio della forza motrice" BM
Vi sono inoltre tre generi di leve: I, II, II genere.
1) Leva di primo genere: il fulcro si trova tra la potenza applicata e la resistenza.
La leva di primo genere può essere:
"vantaggiosa" se il braccio della potenza è più lungo di quello della resistenza;
"svantaggiosa" se il braccio è minore;
"indifferente" se la lunghezza dei due bracci è uguale.
Alcuni esempi di leve di primo genere sono: le forbici, le tenaglie, l'altalena, il piede di porco, il
palanchino (asta per sollevare le pietre).
Vale la relazione d’equilibrio:
FR x BR = FM x BM
2) Leve di secondo genere: le leve di secondo genere hanno sempre la resistenza posta tra la potenza ed
il fulcro.
Vale la stessa relazione di equilibrio della leva di I genere. La leva di secondo genere è sempre
vantaggiosa (G>1) perché il braccio della potenza è sempre più lungo di quello della resistenza. Infatti
dalla relazione d’equilibrio delle leve possiamo ricavare:
FR / FM = BM / BR
G = BM / BR
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Alcuni esempi di leve di secondo genere sono: la carriola, il pedale della bicicletta, il freno d'auto,
l'apribottiglie, lo schiaccianoci.
3) Leve di terzo genere: la potenza si trova tra la resistenza (carico) ed il fulcro.
La leva di terzo genere è sempre svantaggiosa, perché il braccio della potenza è sempre più corto di
quello della resistenza. Essa viene comunque usata perché permette di prolungare lo spazio d'azione e
fare movimenti più precisi. Queste leve non aumentano il lavoro, ma rendono possibile il trasporto di
oggetti in maniera più comoda, a maggiori distanze e più o meno rapidamente
Alcuni esempi di leve di terzo genere sono: la canna da pesca, la vanga, la pinza a molla, le pinzette, la
scopa.
Vale la relazione d’equilibrio:
FR x BR = FM x BM
Le Forze
Si definisce forza la causa che da origine o varia lo stato di quiete o di moto dei corpi.
Le forze sono grandezze vettoriali, pertanto caratterizzate da modulo, direzione e verso. Nel sistema SI
l'unità di misura della forza è il Newton (N); la forza di 1N è la forza che applicata ad una massa di 1
Kg, le conferisce l'accelerazione di 1 m/s2.
Sistemi di forze equilibrate
Due o più forze applicate ad un corpo costituiscono un sistema di forze equilibrate, se non cambia il
suo stato di quiete.
Sistema di forze in equilibrio F1 = F2
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Il sistema di forze è pure in equilibrio, se le forze applicate ad un corpo in movimento non ne variano la
velocità.
Equilibrio del punto materiale
La condizione di equilibrio del punto materiale è espressa dalla seguente relazione:
r
R= 0
r
Dove con R si intende la risultante di tutte le forze applicate al punto materiale.
La forza equilibrante del sistema di forze è la forza uguale e contraria alla forza risultante. Perciò, in un
sistema di forze in equilibrio la risultante è nulla.
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