Tipi di leve in fisica
Esistono più tipi di leve, definite in Fisica secondo schemi ben precisi e classificate anche in base a quanto facilitino un’azione o un meccanismo. Si tratta di macchine meccaniche semplici formate genericamente da un’asta rigida che si muove intorno a un punto fermo, che si chiama fulcro. Lo scopo che possono assumere può variare fra sollevare o schiacciare un oggetto.
Le leve nascono per sfruttare i momenti delle forze, ovvero la grandezza che deriva dal prodotto tra l’intensità di una forza applicata e il suo braccio.
Ogni giorno ne usiamo diverse senza neppure rendercene conto, tra la pinzetta per le sopracciglia, lo schiaccianoci o le forbici. Alcune si trovano addirittura nella struttura scheletrica.
I tipi di leve in base al vantaggio
Prima di osservare le loro strutture, è meglio chiarire il concetto del vantaggio che offre una leva. In particolare si individuano tre categorie in questo ambito, oltre ai diversi generi di leva che vedremo in seguito:
- Leve vantaggiose. Per ogni leva c’è una forza motrice, applicata da un operatore o una macchina, e una forza resistente, che è l’oggetto da sollevare o rompere. Quando lo sforzo da compiere, ovvero la forza motrice, risulta inferiore a quello da vincere grazie al braccio della forza allora si può parlare di leva vantaggiosa.
- Leve indifferenti. Si tratta di tipi di leve in cui l’operatore che vuole vincere la forza resistente deve applicarne una motrice esattamente uguale in modulo. Quando si verifica questo caso anche i bracci delle due forze hanno una lunghezza uguale fra di loro.
- Leve svantaggiose. In questo caso la leva non aiuta perché lo sforzo da compiere ossia la forza motrice da applicare risulta superiore a quella resistente. Questo avviene quando il braccio della forza resistente risulta più lungo di quello della forza motrice, perché i momenti devono essere equivalenti.
Le leve di primo genere
Passando alla classificazione dei tipi di leve in base al loro genere, partiamo dalle più semplici ovvero dalle leve di primo genere. Si chiamano così quelle dove il fulcro è posizionato tra il punto di applicazione della forza motrice e quello della forza resistente. Un esempio classico è quello dell’altalena per bambini dove a turno l’asse manda un bimbo su e uno giù.
Il fatto che questa leva risulti vantaggiosa, svantaggiosa o indifferente dipende da quanto vicino è il fulcro ai due punti. Se è più vicino a dove si applicherà la forza resistente allora la leva è vantaggiosa, mentre se è prossimo al punto dove si esercita la forza motrice è svantaggiosa, In caso si trovi al centro esatto dell’asta rigida allora la leva risulta indifferente.
I momenti delle forze si calcolano sempre nello stesso modo per tutti i tipi di leve. Per entrambe dipende dal loro prodotto con il braccio corrispondente, ovvero la distanza tra il punto di applicazione e il fulcro. Quindi più sarà lungo il braccio della potenza minore sarà la forza motrice da applicare, più lungo sarà quello della resistenza più difficile sarà sollevare il carico.
Un altro esempio di questa tipologia sono le forbici. Il fulcro è il punto in cui si uniscono le due lame, la forza motrice si applica sui due manici mentre la forza resistente è l’oggetto che si sta tagliando.
I tipi di leve più vantaggiosi (secondo genere)
Per questo motivo quelle di secondo genere sono leve sempre vantaggiose per chi le usa. Un esempio di questi tipi di leve che si vede spesso è la carriola. Chi la muove applica la propria forza sui manici, il fulcro è rappresentato dalla ruota mentre infine la resistenza è il carico. Un altro esempio è lo schiaccianoci, dove la forza resistente non è altro che la noce mentre il perno è il fulcro.
Il fatto che con la carriola nei cantieri si riescano a trasportare sacchi di ghiaia o sabbia che pesano decine di chili è la dimostrazione d quanto siano vantaggiose. Ma la particolarità di questo tipo di macchine è che si trova anche nel corpo umano. Il sollevamento degli avampiedi è consentito dalla contrazione dei muscoli gemelli che contrastano il peso che grava sulla caviglia, mentre le dita sono il fulcro.
