Le leve

Le leve sono macchine semplici in cui, sfruttando il momento di una forza, viene esercitata una forza motrice in modo da produrre una forza resistente. Le leve vengono usate per sollevare, spostare o rompere gli oggetti, e si classificano in leve di primo genere, di secondo genere e di terzo genere.

Come vedremo tra un attimo le leve sono costituite da un fulcro, ossia un punto fermo attorno al quale la leva può ruotare. Il loro funzionamento si basa sull'applicazione di una forza motrice (la forza che aziona la leva) grazie alla quale si genera una forza resistente, vale a dire quella forza che si genera in un determinato punto della leva e che ci permette di utilizzarla per i nostri scopi. A seconda della reciproca posizione di tali forze possiamo distinguere tre tipi di leve.

Nel corso della spiegazione, oltre a esporre le varie formule delle leve, mostreremo come vengono classificate e a tal proposito distingueremo tra leve di primo genere, di secondo genere e di terzo genere.

Formule e funzionamento delle leve

Il principio alla base del funzionamento delle leve è molto semplice: come abbiamo già accennato, abbiamo un fulcro, una forza motrice e una forza resistente. Un'immagine varrà più di mille parole.

In termini fisici tutte le leve sono caratterizzate dalla presenza di un fulcro, ossia un punto rispetto al quale avviene una rotazione. Il principio che caratterizza le leve è quello per cui il momento della forza motrice è uguale in modulo al momento della forza resistente. In una formula:

ossia

dove con il pedice ci riferiamo alle grandezze relative alla forza motrice e al suo braccio, mentre col pedice quelle riguardanti la forza resistente e il suo braccio. Poiché la forza motrice viene applicata perpendicolarmente alla leva, e poiché la forza resistente è pure perpendicolare ad essa

ne consegue che entrambi i seni valgono 1

La formula di una leva in generale è dunque molto semplice, così come tutte le sue formule inverse:

Esempio sulle leve

Vediamo subito un esempio pratico sulle leve. In riferimento alla precedente immagine abbiamo un bastone di legno lungo 1,8 metri col quale vogliamo sollevare un sasso di 5 kilogrammi, inserendone al di sotto un'estremità del bastone. Il fulcro si trova a 40 centimetri dal sasso. Quale forza dobbiamo applicare all'altra estremità del bastone?

Noi conosciamo il braccio resistente (la distanza tra il fulcro e il sasso pari a ) e possiamo calcolare anche il braccio motore (la distanza tra il fulcro e il punto di applicazione della forza motrice): è sufficiente sottrarre alla lunghezza del bastone il braccio resistente, ottenendo così

Possiamo anche calcolare la forza resistente generata dalla leva, cioè quella forza che dobbiamo vincere grazie alla leva, che in questo caso è data dalla forza peso del sasso:

Ora possiamo calcolare la forza motrice applicata sulla leva:

ed ecco che, con una forza di circa 14 N, siamo riusciti a generarne una di 49 N! :)

L'esempio mette in luce un importante vantaggio delle leve (o meglio di alcune) e che ne giustifica l'utilizzo: le leve ci permettono di ottenere una forza maggiore applicandone una minore.

Tipi di leve e generi di leve

Le leve si dividono in tre categorie: vantaggiose, svantaggiose e indifferenti.

- Le leve vantaggiose sono leve in cui la forza motrice è minore di quella resistente, come nel nostro esempio numerico. Per avere questo tipo di leva, è necessario che il braccio motore sia maggiore di quello resistente; in questo modo si ha un effetto di moltiplicazione della forza che ci è utile, ad esempio, per sollevare i pesi.

- Le leve svantaggiose funzionano al contrario: la forza resistente è minore di quella motrice e il braccio resistente è maggiore di quello motore.

- Le leve indifferenti si hanno quando le due forze, motrice e resistente, sono uguali così come i relativi bracci.

Le leve si dividono in altre tre categorie, dette generi, a seconda della posizione reciproca tra forza resistente, forza motrice e fulcro. Vediamole nel dettaglio.

Le leve di primo genere hanno il fulcro che si trova tra le due forze, come in figura.

Esse possono essere vantaggiose se il fulcro è più vicino alla forza resistente; svantaggiose se il fulcro è più vicino alla forza motrice; indifferenti se il fulcro si trova esattamente a metà tra le due forze. Un esempio di leva di primo genere è fornito dalle forbici.

Le leve di secondo genere hanno la forza resistente che si trova tra quella motrice e il fulcro. Esse sono sempre vantaggiose e un esempio è dato dallo schiaccianoci.

Infine, le leve di terzo genere hanno la forza motrice che si trova tra il fulcro e la forza resistente. Esse sono sempre svantaggiose e un esempio è dato dalle pinzette per sopracciglia.

Come potete notare non c'è nulla di difficile nel funzionamento di una qualsiasi leva, e a ben vedere non è difficile ricondurre le varie tipologie alle leve che usiamo quotidianamente.

La prossima lezione sarà dedicata all'equilibrio statico dei corpi rigidi, ma prima se siete in cerca di esercizi svolti potete usare la barra di ricerca interna: qui su YM ci sono tantissimi esercizi risolti e commentati.;)

Buona Fisica a tutti!

Alessandro Catania (Alex)

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Tags: cosa sono le leve e come si classificano.

Ultima modifica: 02/05/2023