Esercizi: Leve e momento di una forza

Una leva è una barra rigida che può ruotare attorno a un punto fisso. Come si chiamano i tre elementi fondamentali di una leva (il punto fisso, la forza che si vuole vincere e la forza che si applica)? Associa a ciascuno il nome corretto tra: fulcro, forza resistente, forza motrice.

Una forza di $20\ \text{N}$ è applicata a una distanza di $0{,}5\ \text{m}$ dal fulcro, perpendicolarmente alla barra. Calcola il momento della forza rispetto al fulcro, indicando l'unità di misura.

Per sollevare un sasso, Marco usa un'asta di legno appoggiata su un piccolo masso. Il sasso è vicino al masso e Marco spinge l'estremità lontana dell'asta. Il braccio della forza motrice è maggiore o minore del braccio della forza resistente? Spiega che cosa ottiene Marco.

Su un'altalena a bilico a Villa Borghese, a Roma, Giulia ($\text{peso} = 300\ \text{N}$) è seduta a $1{,}5\ \text{m}$ dal fulcro.

1. a) Calcola il momento della forza peso di Giulia.

1. b) A che distanza dal fulcro deve sedersi il fratello Luca ($\text{peso} = 450\ \text{N}$) sull'altro lato per mantenere l'altalena in equilibrio?

Un operaio a Torino usa un piede di porco lungo $1{,}2\ \text{m}$ per sollevare una cassa. Il fulcro si trova a $0{,}2\ \text{m}$ dall'estremità sotto la cassa. L'operaio spinge sull'estremità opposta con una forza di $150\ \text{N}$.

1. a) Calcola i due bracci della leva.

1. b) Calcola la forza massima che la leva riesce a equilibrare sulla cassa.

1. c) La leva è vantaggiosa, svantaggiosa o indifferente? Motiva.

Classifica ciascuno dei seguenti strumenti come leva di primo, secondo o terzo genere, indicando dove si trovano fulcro, forza motrice e forza resistente: a) forbici, b) carriola, c) pinzette per le sopracciglia.

Una leva di primo genere è in equilibrio. La forza motrice è $F_m = 40\ \text{N}$ con braccio $b_m = 0{,}9\ \text{m}$. Il braccio della forza resistente è $b_r = 0{,}3\ \text{m}$.

1. a) Calcola la forza resistente $F_r$.

1. b) Se il braccio motore viene ridotto a $0{,}6\ \text{m}$, quale forza motrice serve per mantenere l'equilibrio?

1. c) Spiega perché la leva, per sollevare lo stesso carico, richiede ora una forza maggiore.

Un'asse omogenea lunga $4\ \text{m}$ è appoggiata al centro su un sostegno (il fulcro). A $1\ \text{m}$ dal fulcro, sul lato sinistro, è appoggiato uno zaino da $120\ \text{N}$. Sul lato destro siedono due bambini: uno da $300\ \text{N}$ a $0{,}6\ \text{m}$ dal fulcro e uno da $200\ \text{N}$.

1. a) Calcola il momento totale sul lato sinistro.

1. b) A quale distanza dal fulcro deve sedersi il secondo bambino perché l'asse sia in equilibrio?

1. c) Il valore trovato è possibile sull'asse? Giustifica.

Il braccio umano, quando si solleva un oggetto con l'avambraccio, si comporta come una leva di terzo genere: il fulcro è il gomito, il bicipite si inserisce a $4\ \text{cm}$ dal gomito e l'oggetto di peso $50\ \text{N}$ si trova a $32\ \text{cm}$ dal gomito (trascura il peso dell'avambraccio).

1. a) Calcola la forza che deve esercitare il bicipite per mantenere l'equilibrio.

1. b) Spiega perché questa leva è svantaggiosa in termini di forza, ma che cosa si guadagna in compenso.