Le macchine semplici sono dispositivi meccanici che vengono utilizzati per rendere il lavoro più facile. Le combinazioni di due o più macchine semplici che lavorano insieme sono chiamate macchine composte. Queste macchine creano sistemi per diversi tipi di movimento quando la forza viene applicata a un carico. Sia le macchine semplici che quelle composte rendono il lavoro più facile cambiando la dimensione o la direzione della forza. Ci sono sei tipi standard di macchine semplici. Esse sono:
- Leva
- Ruota e asse
- Pulley
- Piano inclinato
- Cuneo
- Vite
Consideriamo la prima di queste macchine semplici: la leva.
Allarme malinteso
Quando sentite la parola “macchina” pensate automaticamente a qualcosa con un motore, come un muletto o una lavatrice? Le macchine non devono necessariamente avere motori. Infatti, una macchina è qualsiasi dispositivo che trasmette o modifica la forza.
Che cos’è una leva?
Una leva è una macchina semplice costituita da una trave rigida e un fulcro. Lo sforzo (forza in entrata) e il carico (forza in uscita) sono applicati ad entrambe le estremità della trave. Il fulcro è il punto su cui la trave ruota. Quando si applica uno sforzo a un’estremità della leva, si applica un carico all’altra estremità della leva. Questo sposterà una massa verso l’alto. Le leve si basano sulla coppia per il loro funzionamento. La coppia è la quantità di forza necessaria per far ruotare un oggetto intorno al suo asse (o punto di rotazione).
Che cos’è il vantaggio meccanico?
Una leva fornisce un vantaggio meccanico. Il vantaggio meccanico si riferisce a quanto una macchina semplice moltiplica una forza applicata. La posizione dello sforzo, del carico e del fulcro determina il tipo di leva e la quantità di vantaggio meccanico della macchina. Più lontano è lo sforzo dal fulcro, più facile è spostare il carico.
Il vantaggio meccanico può essere calcolato con questa formula:
Se la distanza dallo sforzo al fulcro è maggiore della distanza dal carico al fulcro, allora la leva ha un vantaggio meccanico. In altre parole, il rapporto tra queste due distanze è maggiore di uno. Ciò significa che una lunga distanza dallo sforzo al fulcro e una breve distanza dal carico al fulcro permetterà a un piccolo sforzo di spostare un grande carico!
Leve di prima classe
Ci sono tre tipi, o classi di leve.
In una leva di prima classe, il fulcro si trova tra il carico e lo sforzo.
Se il fulcro è più vicino al carico, allora è necessario uno sforzo minore per spostare il carico per una distanza inferiore. Se il fulcro è più vicino allo sforzo, allora è necessario uno sforzo maggiore per spostare il carico per una distanza maggiore. Un’altalena, un cric per auto e un piede di porco sono tutti esempi di leve di prima classe. Le leve di prima classe sono molto utili per sollevare grandi carichi con poco sforzo.
Leve di seconda classe
In una leva di seconda classe, il carico è situato tra lo sforzo e il fulcro.
Se il carico è più vicino al fulcro che allo sforzo, allora sarà necessario meno sforzo per spostare il carico. Se il carico è più vicino allo sforzo che al fulcro, allora sarà richiesto uno sforzo maggiore per spostare il carico. Una carriola, un apribottiglie e un remo sono esempi di leve di seconda classe.
Leve di terza classe
In una leva di terza classe, lo sforzo è situato tra il carico e il fulcro.
Se il fulcro è più vicino al carico, allora è necessario uno sforzo minore per spostare il carico. Se il fulcro è più vicino allo sforzo, allora il carico si muoverà per una distanza maggiore. Un paio di pinzette, far oscillare una mazza da baseball o usare il braccio per sollevare qualcosa sono esempi di leve di terza classe. Queste leve sono utili per fare movimenti precisi.
Le leve sono macchine semplici molto utili usate per trasferire la forza. Forse non te ne rendi conto, ma usi le leve ogni giorno!