Leve e punto d'equilibrio: definizioni ed esempi

In fisica, una leva è una macchina semplice in grado di trasformare il movimento. Il principio della leva prevede l’esistenza di due bracci; il braccio della forza, al quale bisogna applicare una determinata forza, e il braccio della resistenza, che resiste alla forza applicata all’altro braccio. Questi ruotano contemporaneamente dello stesso angolo e alla stessa velocità angolare e si incontrano in un punto fisso detto fulcro attorno al quale vengono fatti ruotare. Il principio delle leve si basa sui momenti torcenti dei bracci e delle forze ad essi applicate.

Le leve

Una prima classificazione di leve può essere fatta paragonando le forze. Se la forza da applicare è maggiore della resistenza la leva si dice svantaggiosa. Se, al contrario, la forza da applicare è minore alla resistenza, la leva è vantaggiosa. Se le forze in gioco sono uguali, e di conseguenza anche i due bracci, la leva si dice indifferente.
Un'altra classificazione può essere fatta in base alla posizione del fulcro. Se il fulcro si trova tra i punti di applicazione delle forze, questa è una leva di prima specie. Questa potrà essere vantaggiosa, svantaggiosa o indifferente. Un esempio può essere un remo o un paio di forbici. Una leva di seconda specie ha, invece, la forza di resistenza tra il fulcro e la forza applicata. Questa leva è sempre vantaggiosa (il braccio della forza è sempre più lungo del braccio della resistenza). Un esempio è la comune carriola o lo schiaccianoci. Il discorso opposto vale, invece, per le leve di terza specie, con la forza applicata posizionata tra la resistenza e il fulcro. Un esempio è una comune pinzetta o lo stesso braccio umano, considerando come fulcro il gomito, come forza applicata il bicipite e come resistenza il peso dell’oggetto nella mano.

Punto di equilibrio

Parlando di forze e leve, arriviamo a definire l’equilibrio come il punto in cui il momento di una coppia di forze è nullo. Nello specifico, se il prodotto tra braccio della forza e la forza applicata è uguale al prodotto tra braccio della resistenza e forza resistente, si avrà una situazione di equilibrio.
Allungando il discorso al corpo rigido (la statica del corpo rigido) un corpo è in equilibrio se la sommatoria delle forze che agiscono su di esse è nulla e se la sommatoria dei momenti è nulla. Prendiamo come esempio un quadro, avente come fulcro il chiodo a cui è appeso e come forza applicata il proprio peso (applicato quindi nel centro di massa). Il quadro sarà in equilibrio quando il centro di massa si troverà esattamente sotto il chiodo perché in quella situazione il braccio della forza è nullo e, di conseguenza, anche il momento torcente.