Le leve in fisica

Come possiamo sollevare un elefante di massa maggiore a £$1000 \ \text{kg}$£ solo avendo un sasso e una barra rigioda 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.

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. Esempi: 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. Esempi: la cariola e lo schiaccianoci. 
• le leve di terzo genere sono le leve in cui la forza motrice agisce tra la forza resistente e il fulcro. Esempi: il bicipite umano o una pinzetta. 

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 sono le leve in cui la forza resistente agisce tra la forza motrice e 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 cariola riusciamo a sollevare un carico molto pesante con una forza modesta.

Esempi: la cariola e lo schiaccianoci.

Le leve di terzo genere sono le leve in cui la forza motrice agisce tra la forza resistente e il fulcro.

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.