L'umanità utilizza da tempo macchine e meccanismi semplici per rendere il lavoro fisico più facile e semplice. Uno di questi meccanismi è la leva. Che cos'è una leva in fisica, quale formula descrive il suo equilibrio e quali tipi di leve sono: tutte queste domande sono rivelate nell'articolo.
Concetto
Una leva in fisica è un meccanismo costituito da una trave o tavola e un supporto. Il supporto generalmente divide la trave in due parti disuguali, che prendono il nome di bracci di leva. Quest'ultimo può eseguire un movimento di rotazione attorno al fulcro.
Trattandosi di un semplice meccanismo, la leva è progettata per eseguire lavori fisici con guadagno sia in potenza che in transito. Le forze applicate agiscono sui bracci della leva durante il suo funzionamento. Uno di questi è il potere della resistenza. È creato dal peso del carico che deve essere spostato (sollevato). La seconda forza è una forza esterna, che nella maggior parte dei casi viene applicata al braccio di leva con l'aiuto di mani umane.
L'immagine sopra mostra una tipica leva condue spalle. Più avanti nell'articolo verrà spiegato perché si riferisce alla leva finanziaria del secondo tipo.
La regola della leva si presenta così:
ForzaBraccio forzato=CaricoBraccio carico
Momento di forza
Facciamo qualche digressione dal tema della leva in fisica e consideriamo una grandezza fisica importante per comprenderne il funzionamento. Riguarda il momento di forza. È il prodotto della forza e della lunghezza del braccio della sua applicazione, che si scrive matematicamente come segue:
M=FAre
È importante non confondere, il braccio della forza de il braccio della leva, in generale, sono concetti diversi.
Il momento di forza mostra la capacità di quest'ultimo di dare una svolta al sistema. Quindi, molte persone sanno che è molto più facile aprire la porta tramite la maniglia che spingerla vicino ai cardini, oppure è più facile svitare il dado del chiavistello con una chiave lunga piuttosto che con una corta.
Il momento di forza è un vettore. Per comprendere il funzionamento di un semplice meccanismo a leva in fisica, basta sapere che il momento è considerato positivo se la forza tende a far ruotare il braccio della leva in senso antiorario. Se tende a girare in senso orario, allora il momento dovrebbe essere preso con un segno meno.
Bilanciamento della leva in fisica
Per facilitare la comprensione in quali condizioni la leva sarà in equilibrio, considera la figura seguente.
Qui sono mostrate due forze: un carico R e una forza esterna F applicata per superarlocarichi. Le braccia di queste forze sono rispettivamente dR e dF. In effetti, c'è un' altra forza: la reazione del supporto, che agisce verticalmente verso l' alto nel punto di contatto tra la trave e il supporto della leva. Poiché la spalla di questa forza è uguale a zero, non sarà considerata ulteriormente nel determinare la condizione di equilibrio.
Secondo la statica, la rotazione del sistema è impossibile se la somma dei momenti delle forze esterne è uguale a zero. Scriviamo la somma di questi momenti, tenendo conto del loro segno:
RreR- FAreFA=0.
L'uguaglianza scritta riflette la condizione di equilibrio sufficiente per la leva. Se non due forze agiscono sulla leva, ma di più, questa condizione rimarrà comunque. Solo al posto della somma di due momenti delle forze, sarà necessario trovare la somma di tutti i momenti delle forze agenti ed eguagliarli a zero.
La vittoria è forte e in arrivo
L'espressione per i momenti delle forze di leva in fisica, che è stata scritta nel paragrafo precedente, sarà riscritta nella forma seguente:
RreR=FAreFA
Dalla formula sopra segue:
reR / reFA=FA / R.
Questa uguaglianza dice che per mantenere l'equilibrio, è necessario che la forza F sia tante volte maggiore del peso del carico R, quante volte il suo braccio dF minore del braccio re R. Poiché il braccio più grande nel processo di spostamento della leva percorre un percorso più lungo rispetto al braccio più piccolo, abbiamo l'opportunità di eseguire lo stesso lavoro utilizzando la leva in due modi:
- applica più forza F e sposta la spalla versobreve distanza;
- applica una piccola forza F e sposta la spalla per una lunga distanza.
Nel primo caso si parla di guadagno in itinere nel processo di spostamento del carico R, nel secondo caso si ottiene un guadagno in forza, poiché F < R.
Dove viene utilizzata la leva finanziaria e cosa sono?
A seconda del punto di applicazione delle forze della leva in fisica e della posizione del supporto, il meccanismo più semplice può essere di tre tipi:
- Questa è una leva a due bracci, in cui la posizione di supporto è equamente rimossa da entrambe le estremità della trave. A seconda del rapporto tra le lunghezze delle braccia, questo tipo di leva permette di vincere sia nel modo che nella forza. Esempi del suo utilizzo includono bilance, pinze, forbici, un estrattore di chiodi, un' altalena per bambini.
- La leva del secondo tipo è a braccio singolo, ovvero il supporto si trova vicino a una delle sue estremità. In questo caso, la forza esterna viene applicata all' altra estremità della trave e la forza di carico agisce tra il supporto e la forza esterna, il che ti consente di vincere proprio in questa forza. Una carriola o uno schiaccianoci sono ottimi esempi di questo tipo di leva.
- Il terzo tipo di meccanismo è rappresentato da esempi come una canna da pesca o una pinzetta. Anche questa leva è a braccio singolo, ma la forza applicata esterna è già più vicina al supporto rispetto al punto di applicazione del carico. Questo design di un semplice meccanismo ti consente di vincere sulla strada, ma di perdere forza. Ecco perché è difficile tenere un pesciolino sul peso all'estremità di una canna da pesca o un oggetto pesante con una pinzetta.
Per ribadire, solo una leva in fisica lo consenterende conveniente eseguire questo o quel lavoro di trasloco di merci, ma non ti permette di vincere in questo lavoro.
