Le leve in fisica: cosa sono e a cosa servono
La leva può essere definita come una macchina meccanica semplice, che consente di trasferire energia cinetica. In genere, è costituita da un corpo rigido che è quello che comunemente conosciamo come leva, che ruota attorno ad un punto fisso che è invece chiamato fulcro.
Le leve sono macchine che sfruttano i momenti delle forze per eseguire lavori come per esempio sollevare qualcosa di pesante. Ne esistono di diversi tipi, che dipendono dalla posizione reciproca tra il fulcro, il punto in cui la forza viene applicata e il punto in cui viene esercitata la resistenza. Le posizioni reciproche determinano il genere delle leve, che possono anche essere vantaggiose, svantaggiose o indifferenti:
- di primo genere (vantaggiose, svantaggiose, indifferenti)
- di secondo genere (sempre vantaggiose)
- di terzo genere (sempre svantaggiose)
Innanzitutto, cerchiamo di capire insieme cosa sono le leve e a cosa servono!
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- Cos'è una leva in fisica
- Quanti tipi di leve esistono in fisica
- Le leve di primo genere
- Le leve di secondo genere
- Le leve di terzo genere
Cos’è una leva in fisica
Come possiamo sollevare un elefante di massa maggiore a £$1000 \ \text{kg}$£ solo avendo un sasso e una barra rigida di ferro? Utilizzando le leve!
Una leva è una macchina che sfrutta i momenti delle forze per le esigenze umane (tipo sollevare qualcosa di pesante). È formata da un’asta rigida che ruota attorno ad un punto chiamato fulcro £$(F)$£. Il fulcro può essere agli estremi della leva oppure al centro.
Sull’asta agiscono due forze:
- la forza motrice £$(F_m)$£ che agisce sulla leva (di solito rappresentata dall’azione umana)
- la forza resistente £$(F_r)$£ che resiste alla forza motrice (di solito rappresentata da un oggetto).
Il braccio motore £$b_m$£ è la distanza dal fulcro del punto di contatto della forza motrice con la leva, il braccio resistente £$b_r$£ è la distanza dal fulcro del punto di contatto della forza resistente con la leva.
Bracci e forze formano due momenti (motore e resistente) che agiscono sulla leva, la leva è in equilibrio quando la somma dei momenti è uguale a 0.
Quindi affinché la leva sia in equilibrio: £$b_m \cdot F_m = b_r \cdot F_r$£
Perciò per riuscire a sollevare il nostro elefante con una forza inferiore alla sua basterà avere un braccio motore maggiore.
Quanti tipi di leve esistono in fisica
Esistono tre tipi di leve:
- le leve di primo genere sono le leve in cui il fulcro è compreso tra i punti dove vengono applicate la forza motrice e la forza resistente. Ad esempio: le forbici o l’elefante dell’esempio precedente.
- le leve di secondo genere sono le leve in cui la forza resistente agisce tra la forza motrice e il fulcro. Ad esempio: la carriola e lo schiaccianoci.
- le leve di terzo genere sono le leve in cui la forza motrice agisce tra la forza resistente e il fulcro. Ad esempio: il bicipite umano o una pinzetta.
Le leve di primo genere
Le leve di primo genere sono le leve in cui il fulcro è compreso tra i punti dove vengono applicate la forza motrice e la forza resistente.
Queste leve possono essere:
- vantaggiose, quando il braccio motore è più lungo del braccio resistente, il che comporta che si può sollevare una forza maggiore con una forza minore
- svantaggiose, quando il braccio motore è più corto del braccio resistente
- indifferenti, se i due bracci sono uguali.
Esempi: le forbici o l’elefante dell’esempio precedente.
Le leve di secondo genere
Le leve di secondo genere sono le leve in cui la forza resistente agisce tra il punto in cui applichiamo la forza motrice e il punto in cui si trova il fulcro.
In queste leve il braccio motore è sempre maggiore di quello resistente perciò le leve di secondo genere sono sempre vantaggiose! Infatti grazie alla carriola riusciamo a sollevare un carico molto pesante con una forza modesta.
Esempi: la carriola e lo schiaccianoci.
Le leve di terzo genere
Le leve di terzo genere sono le leve in cui la forza motrice viene applicata in un punto molto più vicino al fulcro rispetto al punto in cui c’è la forza resistente.
Proprio per questo, in queste leve il braccio resistente è sempre maggiore di quello motore, quindi le leve di terzo genere sono sempre svantaggiose!
Esempi: il bicipite umano o una pinzetta.
Tutte le leve funzionano allo stesso modo, secondo lo stesso meccanismo: l’equilibrio dei momenti meccanici che vengono applicati al corpo rigido, cioè la leva stessa.
Ora che hai imparato cosa sono le leve, di quanti tipi possono essere, come si classificano e a cosa servono, prova a pensare agli oggetti che ti sono intorno e a riconoscere le leve che vedi!
Le leve in fisica: la mappa concettuale
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