Fin dall’antichità l’uomo ha cercato di trovare dei dispositivi che fossero capaci di fargli compiere dei lavori che non erano alla portata della sua forza muscolare.
La scoperta di tali macchine semplici è da attribuire ad Archimede il quale enunciò il principio della leva, grazie a tale macchina era possibile moltiplicare o ridurre una forza.
Questi strumenti, chiamate appunto macchine semplici, consentono di vincere una certa forza, chiamata forza resistente o resistenza, applicando una forza, chiamata forza motrice o potenza, di intensità minore.
Una leva nella sua forma più semplice è costituita da un’asta rigida che può ruotare attorno ad un punto fisso, che viene chiamato fulcro, e sulla quale agiscono la forza resistente e la forza motrice.
La distanza tra il fulcro e i due punti di applicazione delle due forze vengono chiamati bracci, più precisamente braccio della resistenza e braccio della potenza.
Un esempio di leva che sicuramente almeno una volta nella vita abbiamo provato è quella dell’altalena a bilico. Essa, infatti, è una leva nella quale la forza motrice e la forza resistente sono la forza peso dei due ragazzi che vi giocano.
Se i due ragazzi hanno quasi lo stesso peso l’altalena è in equilibrio. Se uno dei due ragazzi è molto più pesante, l’altalena penderà sempre dalla sua parte, quindi una soluzione sarebbe quella di far sedere il ragazzo più pesante più vicino al fulcro per riavere l’equilibrio.
Tutto ciò perchè una leva è in equilibrio quando il prodotto dell’intensità della forza motrice moltiplicata per la lunghezza del suo braccio è uguale al prodotto dell’intensità della forza resistente moltiplicata per la lunghezza del suo braccio. Quindi :
Questa appena enunciata si chiama legge dell’equilibrio, quindi se il braccio della forza motrice è il doppio del braccio della forza resistente allora per ottenere l’equilibrio bisogna applicare una forza motrice la cui intensità sarà pari alla metà della forza resistente.
Le leve non sono tutte uguali e si differenziano a seconda della posizione del fulcro, della forza motrice e della forza resistente.
Se il braccio della resistenza è minore del braccio motore, questo tipo di leva permettere di vincere una certa forza resistente con una forza motrice a essa inferiore ed è una leva vantaggiosa.
Se il fulcro è posto a pari distanza da forza motrice e forza resistente, la forza motrice applicata è uguale alla forza resistente che la equilibra. Questa è una leva indifferente.
Se il fulcro è più vicino alla forza motrice che alla forza resistente e quindi il braccio della resistenza è maggiore del braccio della potenza, in questa leva per vincere un certa forza resistente ci vuole una forza motrice superiore. Questa è una leva svantaggiosa.
Abbiamo:
- La leva di primo genere è quella che ha il fulcro tra la forza motrice e la forza resistente. Questo tipo di leve possono essere vantaggiose o svantaggiose a seconda che il braccio della forza motrice sia più lungo o più corto rispetto a quello della forza resistente. Esempi di leve di primo genere sono l’altalena, le pinze, le forbici, le cesoie, il piede di porco, la bilancia a due bracci.
- La leva di secondo genere è quella in cui il fulcro si trova a un’estremità della leva, la forza motrice all’estremità opposta e la forza resistente sta tra quest’ultima e il fulcro. Questo tipo di leve sono sempre vantaggiose, poichè il braccio della forza resistente è sempre inferiore di quello della forza motrice. Alcuni esempi di leve di secondo genere sono lo schiaccianoci e la carriola.
- La leva di terzo genere ha il fulcro a un’estremità, ma la forza resistente è applicata all’estremità opposta, mentre la forza motrice sta tra forza resistente e fulcro. Questo tipo di leve sono sempre svantaggiose perchè il braccio della forza motrice è sempre inferiore a quello della forza resistente. Questa macchina a differenza delle altre serve a ridurre la forza motrice e ciò può essere utile per afferrare oggetti fragili che vanno maneggiati con delicatezza. Un esempio può essere la pinza per dolci, le semplici pinzette per le sopracciglia o anche il bicipite umano.
