Leva, il dubbio

Leva, il dubbio

Schiaccianoci, pinzette per sopracciglia, piede di porco: cosa li accomuna? Servono a moltiplicare forze. Sono leve.

Ogni leva è pensabile come un’asta rigida che può ruotare attorno ad un punto (fulcro) atta a bilanciare 2 forze: il carico, cioè la forza che si vuole vincere (per esempio la resistenza di una noce, il peso di una saracinesca, la testardaggine di un sopracciglio) e la motrice.

Appoggiate un dito all’estremità più lontana dai cardini di un cancello e spingete per chiuderlo. Riprovate spingendo a metà, poi a un quarto della sua lunghezza e infine sul cardine. Cosa notate? Per far ruotare un corpo non basta “spingere”, è importante anche dove si spinge. Si chiama braccio la distanza tra fulcro e punto di applicazione della forza. Più è grande, maggiore è l’effetto. La grandezza fisica che permette di far ruotare i corpi, il momento di una forza, è data quindi dal prodotto fra la forza applicata e il suo braccio.

Perché una leva sia in equilibrio il momento del carico C e quello della motrice M devono essere uguali: C * b_C = M * b_M . Per cui, per bilanciare un dato carico si deve applicare una forza motrice M = C * b_C / b_M. La cosa interessante di questa relazione è la frazione b_C / b_M ! Se fosse pari a 1 (bracci uguali) avremmo M = C: queste leve si chiamano indifferenti. Se la frazione fosse <1 (braccio della motrice più grande) avremmo M < C e si parlerebbe di leve vantaggiose. Se fosse invece > 1 parleremmo di leve svantaggiose.

Potremmo quindi, in linea di principio, moltiplicare a piacere l’effetto della motrice. Per questo Archimede affermò: “datemi un punto d’appoggio e vi solleverò il mondo”… ma si dimenticò di richiedere anche una sbarra abbastanza lunga e robusta!

Le leve si dividono in 3 famiglie:

• Le leve di I specie, con il fulcro tra carico e motrice: in questo caso, in base a quale forza è più vicina al fulcro, possono essere vantaggiose (il piede di porco), svantaggiose (le forbici usate male), o indifferenti (la bilancia a bracci uguali).
• Le leve di II specie, con il carico in mezzo: leve, quest’ultime, sempre vantaggiose (la carriola, lo schiaccianoci, il ponte levatoio).
• Le leve di III specie,con la motrice in mezzo: macchine sempre svantaggiose (le pinzette).

Un esempio interessante di leve di III specie (sono la maggioranza de) le leve del corpo umano. Ma perché l’evoluzione avrebbe dovuto dotarci di leve svantaggiose? Per “levarci” il dubbio basti pensare innanzitutto a quanto sarebbe scomodo, esaminando per esempio il nostro braccio, avere i tendini del bicipite collegati alla punta delle dita, a mo’ di ponte levatoio. Ma poi siamo sicuri che la finalità delle nostre leve sia quella di sollevare pesi? Una piccola contrazione del bicipite in un breve tempo fa compiere distanze molto maggiori alla mano nello stesso tempo, permettendoci di lanciare oggetti a grande velocità! Pensate per esempio, nella storia dell’uomo primitivo, all’atto di tirare pietre contro gli animali durante una battuta di caccia …

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Il presente articolo è stato pubblicato sulla rubrica “Fisica? Un gioco.” – Sapere, febbraio 2016 – ed. Dedalo.