Le macchine semplici

Le macchine semplici sono congegni che l’uomo utilizza per vincere forze, dette forze resistenti , impiegando altre forze, dette forze motrici . Se la forza motrice è minore della forza resistente, diciamo che la macchina è vantaggiosa;

nel caso contrario, diciamo che è svantaggiosa. Una macchina è semplice quando si impiega una sola forza motrice per equilibrare e vincere una sola forza resistente. Le macchine semplici fondamentali sono la leva e il piano inclinato. Dalla leva derivano le carrucole (fissa e mobile), il paranco, il verricello e l’argano. Dal piano inclinato derivano la vite e il cuneo. Infine, il torchio deriva il suo principio di funzionamento sia dalla leva sia dal piano inclinato.

Diversi tipi di macchine semplici

-Le leve

LA LEVA

La leva è una macchina semplice costituita da un’asta rigida che può ruotare attorno a un punto, detto fulcro. Sulla leva agiscono due forze: la forza resistente, , o resistenza (R), e la forza motrice, o potenza (P). Anche il fulcro, però, esercita una forza. Essa si chiama reazione vincolare (V) o forza di reazione del fulcro, perché reagisce all’azione della resistenza e della potenza; questa forza, esercitata in genere dall’ elemento che contiene o sorregge il fulcro (per esempio, il perno metallico di uno schiaccianoci o la struttura portante di un’altalena) va tenuta presente da chi progetta o usa una leva, il cui fulcro deve poter sopportare gli sforzi a cui è sottoposto.

La distanza tra il punto di applicazione della potenza e il fulcro si chiama  braccio della potenza e si indica con (Bp); la distanza tra il punto di applicazione della resistenza e il fulcro si chiama braccio della resistenza e si indica con (Br).

In questo caso il vantaggio meccanico è dato dal rapporto fra i bracci  bp/ br.

-Classificazione delle leve 

Le leve vengono classificate in base alla posizione del fulcro rispetto in alla forza motrice FM e alla la forza resistente FR:

Leva di 1° genere  INTER FULCRO – il fulcro si trova tra la forza motrice e la forza resistente (esempi: altalena, tenaglia, forbici, ecc.).

Leva di 2° genere  INTER RESISTENTE – Il fulcro si trova ad una estremità e la forza resistente si trova in mezzo (es. schiaccianoci, carriola, ecc.).

Leva di 3° genere  INTER POTENTE – Il fulcro si trova ad una estremità e la forza motrice si trova in mezzo (es. pinzette, canna da pesca, ecc.).

La leva si dice vantaggiosa se con una piccola forza motrice si può vincere una forza resistente più grande.

Più il fulcro è vicino alla forza resistente, più la leva è vantaggiosa (perché il braccio della forza motrice è più grande di quello della forza resistente).

• La leva di 1° genere  è VANTAGGIOSA solo se il braccio della forza motrice è maggiore di quello della forza resistente.
• La leva di 2° genere è sempre VANTAGGIOSA.
• La leva di 3° genere è sempre SVANTAGGIOSA

-Il piano inclinato

Il piano inclinato una particolare macchina costituita da una superficie piana disposta in modo da formare un angolo maggiore di 0° e minore di 90° rispetto alla verticale, rappresentata dalla direzione in cui si esplica la forza di gravità (che può essere determinata ad esempio attraverso un filo a piombo).

In questo caso il vantaggio meccanico è dato dal rapporto fra i lati  l / h, con l la lunghezza del piano inclinato  e h la sua altezza.

In fisica per piano inclinato si intende una superficie piana inclinata rispetto al suolo ad un’altezza h detta altezza del piano inclinato o viceversa di portarsi dall’altezza h al suolo, percorrendo una traiettoria non verticale . In altre parole il piano inclinato permette ad un corpo di giungere al suolo partire da una certa quota  h evitando la caduta libera o di raggiungere tale quota in maniera più agevole, evitando la salita verticale.

-Il cuneo

È un prisma a sezione triangolare, con una faccia minore (testa) e due facce maggiori (fianchi) unite nel vertice (punta o tagliente). Sul principio del cuneo funzionano tutti gli utensili da taglio: l’accetta, lo scalpello, il coltello, il punteruolo, ecc. Le tenaglie e le forbici sono una doppia leva con due cunei nel punto in cui si applica la forza di resistenza.

Il cuneo è essenzialmente un piano inclinato. Quanto più lungo sarà il cuneo in rapporto al suo spessore, tanto più facile sarà forzarlo all’interno degli oggetti. Gli spaccalegna adoperano un cuneo che battono con una mazza spingendolo nelle fibre del legno da tagliare. Quanto più penetra, tanto più profondamente si divideranno le due sezioni del ceppo.

-La carrucola 

La carrucola è un meccanismo costituito da una ruota sulla cui superficie è ricavata una scanalatura entro la quale scorre una fune o una catena.

Essa può essere fissa o mobile:
1. è fissa quando il perno è ancorato e scorre la fune;
2. è mobile quando ad essere ancorata è la corda o la catena e a scorrere è la carrucola.

Il vantaggio meccanico di una carrucola fissa è pari ad 1.

-La vite

La vite è un piano inclinato avvolto su un cono che mostra una scanalatura elicoidale sempre più stretta (filetto). Facendo ruotare la vite, con una piccola potenza si riesce a vincere la grande resistenza del materiale. Il filetto vi penetra scavandovi la madrevite (anch’essa un piano inclinato avvolto). Le due superfici inclinate combaciano e si bloccano tra loro. Nello stesso modo funziona anche il bullone, che non è appuntito.

Si dice che la vite sia stata inventata da Archimede. La vite sviluppa grandi forze per sollevare pesi notevoli e per produrre grandi pressioni: basta pensare a come una vite tiene insieme strettamente due pezzi di legno o come una serie di martinetti può sollevare dalle sue fondamenta una casa prefabbricata, oppure come un argano solleva un’automobile o ancora quanto strettamente una morsa tiene insieme metallo e legno per poterlo tagliare o sagomare.

Le applicazioni pratiche della vite nell’uso domestico sono numerosissime: nei rubinetti, nelle lampadine, coperchietti di bottiglie, qualsiasi congiunzione dei tubi dell’acqua, spaccalegna a vite, ecc…