Le macchine semplici sono macchine che non possono essere scomposte in macchine ancora più elementari
Sono le macchine che erano già disponibili nell’antichità
Si basano sulla sola forza muscolare col principio di amplificazione della forza con espedienti meccanici
Un qualsiasi dispositivo atto a vincere una forza (resistenza) con la sola forza muscolare (potenza) è detta macchina semplice
Le macchine semplici
Sono macchine semplici: Carrucole Leva Piano inclinato Ingranaggi dentati Manovella Cuneo Catene Cuscinetti Molla
Le macchine semplici
Macchina semplice che consiste in un corpo rigido (di norma costituito da una sbarra) girevole intorno a un asse fisso (detto fulcro) e soggetto all’azione di due forze tradizionalmente dette l’una potenza (la forza muscolare) e l’altra resistenza (la forza che occorre vincere)
La leva1949 Primo seme: sussidiario per la quinta classe elementare. 4/4: le leve
Gli elementi delle leve
resistenza
Fulcro
Potenza
Braccio della
resistenza br
Braccio della potenza bp
R
P
Asta rigida
La distanza fra la resistenza e il fulcro prende il nome di braccio della resistenza
La distanza fra il fulcro e la potenza prende il nome di braccio della potenza
Leve vantaggioseUna leva si dice
vantaggiosa quando si riesce a muovere la resistenza con una
potenza minoreFonte matematicaweb.it
Leve indifferenti
Fonte matematicaweb.it
Leve svantaggioseUna leva si dice
svantaggiosa quando si riesce a muovere la resistenza con una
potenza minoreFonte matematicaweb.it
Nelle leve la lunghezza dei bracci della potenza e della resistenza sono altrettanto importanti dei valori di quest’ultimi
In una condizione di equilibrio bisogna tener conto di entrambi i valori
L’equilibrio si ottiene quando il braccio della potenza per la potenza è uguale alla resistenza per il braccio della resistenza
Legge della leva
R x br = P x bpR : P = br : bp
oppure
Esistono tre tipi di leva
1. Leve di primo genere
2. Leve di secondo genere
3. Leve di terzo genere
Tipi di leva
Fonte immagini Fisica.Cattolica.Info
Di definiscono leve di primo genere quelle leve in cui il fulcro si trova sempre fra la potenza e la resistenza
Possono essere vantaggiose, svantaggiose o indifferenti a seconda della lunghezza dei bracci della potenza e della resistenza
Leve di primo genere
Di definiscono leve di secondo genere quelle leve in cui il la resistenza si trova sempre fra il fulcro e la potenza
Per definizione sono sempre vantaggiose
Leve di secondo genere
Di definiscono leve di terzo genere quelle leve in cui il la potenzasi trova sempre fra il fulcro e la resistenza
Per definizione sono sempre svantaggiose
Leve di terzo genere
1922
Quale forza occorre applicare per equilibrare una forza di 500 N sapendo che il braccio della resistenza è di 30 cm e quello della potenza di 100 cm?
R x br = P x bpLegge delle leve
incognita
P = R x br : bp
Risolta rispetto a P
R=500 Nbr = 30 cm
bp = 100 cm
P = 500 N x 30 cm : 100 cm = 150 N
Il piano inclinatoIl piano inclinato è una macchina semplice che mi consente di far salire un’oggetto con una forza minore di quella del suo pesoCome si vede nella figura la grande massa E è equilibrata dalla piccola massa F, come mai?Vediamo quali sono gli elementi che abbiamo a in figura: la lunghezza l del piano inclinato, altezza h, il peso di E e il peso di F
l
h
PEPEp
PEf
Pf
PF
PE può essere scomposta in due componenti, una che la fa rotolare verso il basso Pef (parallela al piano inclinato) e una perpendicolare al piano (che non ha alcuna influenza sul nostro problema e può essere trascurata)Per mantenere il corpo in equilibrio basta equilibrare questa forza che è minore di P perciò il piano inclinato è vantaggioso
Galilei «Le Meccaniche»
Per motivi che risulteranno chiari alle scuole superiori e per non andare troppo oltre rispetto a ciò che è richiesto ad un corso di scuola media possiamo concludere che la condizione di equilibrio è data dalla relazione:
PE x h = PEf x l
Pef = PE x h : lPerciò il piano inclinato sarà tanto più vantaggioso quanto più sarà lungo
La vite è una macchina semplice che deriva dal piano inclinato, come possiamo verificare arrotolando un triangolo rettangolo di carta attorno a una matita: l’ipotenusa del triangolo costituisce il piano inclinato che si arrotola attorno alla matita, proprio come una vite.
Lo sforzo da compiere per far penetrare una vite è tanto minore quanto più piccolo è il suo passo, ossia la distanza tra due spire successive.
Il cuneo, formato dall’unione di due piani inclinati, scompone la potenza in due direzioni, perpendicolari ai due piani che lo costituiscono; nel materiale in cui è inserito, per esempio un ceppo di legno, vengono quindi applicate due forze divergenti.
Il cuneo è una macchina vantaggiosa, perché la potenza è sempre inferiore alla resistenza alla resistenza.
Sfruttano lo stesso principio del cuneo tutti gli utensili che servono per spaccare o per tagliare, come le asce e le lame dei coltelli.
La carrucola serve per sollevare pesi Si tratta di una particolare leva di primo
genere costituita da un disco girevole solcato intorno al quale viene fatta passera una fune
La resistenza è il peso e la forza applicata è la potenza per sollevarlo
Dalla seguente figura si vede come essa sia una leva indifferente
Si tratta comunque di uno strumento utile perché permette di far cambiare di verso ad una forza e di sfruttare il perso del corpo per far salire un oggetto Fonte:Ivolda Vòllaro, "Natura senza
misteri", osservazioni ed elementi di scienze naturali per la scuola media (volume II), Bergamo, Minerva Italica, 1968
La carrucola mobile utilizza un sistema di carrucole di cui una è fissa e le altre sono mobili
Si tratta di una leva di secondo genere con la resistenza situata fra il fulcro e la potenza perciò è sempre vantaggiosa
Nel caso più semplice della carrucola doppia si ha che il braccio della potenza è il doppio di quello della resistenza perciò basta un forza di 50 N per equilibrarne una di 100 N
L’aggiunta di ulteriori carrucole contribuisce a far diminuire la forza necessaria per sollevare un corpo
Finalmente non è da passare sotto silenzio quella considerazione, la quale da principio si disse esser necessaria d'avere in tutti gì'instrumenti mecanici: cioè, che quanto si guadagna di forza per mezo loro, altrettanto si scapita nel tempo e nella velocità. Il che per avventura non potria parere ad alcuno così vero e manifesto nella presente speculazione; anzi pare che qui si multiplichi la forza senza che il motore si muova per più lungo viaggio che il mobile.
Galileo Galilei «Le Meccaniche» 1594
