Le leve sono macchine semplici che ci permettono di sollevare, spostare o spezzare oggetti usando meno forza, sfruttando un punto di appoggio e la distanza dei bracci.
Una leva è un'asta rigida che può ruotare attorno a un punto fisso chiamato fulcro. Su questa asta agiscono due forze: la forza che noi applichiamo, detta potenza, e la forza che dobbiamo vincere, detta resistenza. La distanza tra il fulcro e il punto in cui agisce la potenza si chiama braccio della potenza, mentre la distanza tra il fulcro e il punto in cui agisce la resistenza si chiama braccio della resistenza. Quando i due momenti, cioè i prodotti tra forza e relativo braccio, sono uguali, la leva è in equilibrio. Questa relazione si scrive come P × bP = R × bR ed è la legge fondamentale che permette di prevedere il comportamento di qualunque leva.
I tre generi di leve
Le leve si classificano in tre generi a seconda della posizione del fulcro rispetto alla potenza e alla resistenza. Nella leva di primo genere il fulcro si trova tra la potenza e la resistenza, e può essere vantaggiosa, svantaggiosa o indifferente a seconda della lunghezza dei bracci. Nella leva di secondo genere la resistenza è collocata tra il fulcro e la potenza, e risulta sempre vantaggiosa perché il braccio della potenza è più lungo di quello della resistenza. Nella leva di terzo genere la potenza si trova tra il fulcro e la resistenza, e risulta sempre svantaggiosa: serve cioè più forza di quella che si vuole vincere, ma si guadagna in velocità e ampiezza del movimento. Un esempio chiaro è la carriola, leva di secondo genere: la ruota è il fulcro, il peso del terreno è la resistenza al centro, e le braccia che sollevano i manici applicano la potenza all'estremità più lontana.
Leve vantaggiose, svantaggiose e indifferenti
Una leva si dice vantaggiosa quando il braccio della potenza è maggiore del braccio della resistenza: in questo caso basta una piccola forza per vincere una resistenza molto più grande. Una leva è invece svantaggiosa quando il braccio della potenza è minore del braccio della resistenza, e quindi dobbiamo applicare una forza maggiore della resistenza da spostare. Una leva è indifferente quando i due bracci hanno la stessa lunghezza e la forza applicata è uguale a quella da vincere, come accade in una bilancia a bracci uguali. Per stabilire il vantaggio meccanico si usa il rapporto tra il braccio della potenza e quello della resistenza: se è maggiore di 1 la leva è vantaggiosa, se è minore di 1 è svantaggiosa, se è uguale a 1 è indifferente. Conoscere questo rapporto ci aiuta a progettare strumenti adatti allo scopo, scegliendo se risparmiare forza oppure guadagnare velocità nel movimento.
Ricorda
- La condizione di equilibrio di una leva è P × bP = R × bR: i momenti delle due forze rispetto al fulcro devono essere uguali.
- Le leve di primo genere hanno il fulcro al centro, quelle di secondo genere hanno la resistenza al centro e sono sempre vantaggiose, quelle di terzo genere hanno la potenza al centro e sono sempre svantaggiose.
- Esercizio sul quaderno: disegna una leva con fulcro al centro, un braccio della potenza di 60 cm e un braccio della resistenza di 20 cm; se la resistenza vale 90 N, calcola la potenza necessaria per l'equilibrio e indica se la leva è vantaggiosa o svantaggiosa.