Differenza tra leva di primo, secondo e terzo tipo con esempi

Con “leva” in fisica ci si riferisce ad una macchina semplice che trasforma l’energia, costituita da un’asta rigida capace di muoversi attorno a un punto fisso che prende il nome di fulcro (F) o punto di appoggio. Sulla leva agiscono due forze, la resistenza (FR, l’oggetto da spostare) e la potenza (P la forza dell’uomo) o forza motrice (FM).
La leva è probabilmente la più antica macchina semplice inventata dall’uomo, usata in molti ambiti, dall’agricoltura all’architettura. Le possibilità concesse dal suo uso erano ben note fin dall’antichità: il celebre fisico e matematico Archimede di Siracusa, ben duecento anni prima di Cristo, ha pronunciato le famose parole: “datemi un punto d’appoggio e solleverò il mondo” il che è in teoria realmente vero, infatti con l’aiuto di una leva resistente e di un fulcro ben posizionato, si può moltiplicare di varie volte la forza umana e spostare oggetti altrimenti troppo pesanti. Comprendere il funzionamento delle leve è necessario nello studio della medicina e della biofisica.

Funzionamento delle leve

La distanza tra le due forze (resistenza e potenza) ed il fulcro viene chiamata braccio:

braccio della forza potenza: distanza tra fulcro e potenza applicata sulla leva;
braccio della forza resistente: distanza tra fulcro e resistenza applicata sulla leva.

Più il braccio della forza potenza aumenta (cioè più la potenza applicata sulla leva è distante dal fulcro), più l’effetto della forza umana (o di altra natura) aumenta. Al contrario più il braccio della forza resistente aumenta (cioè più la resistenza è distante dal fulcro) e più l’effetto della forza umana diminuisce.
Come è possibile vedere dall’immagine in basso, una piccola forza può bilanciare una forza molto più grande, quando il fulcro è molto vicino a quest’ultima (da cui l’espressione di Archimede prima ricordata):

MEDICINA ONLINE DIFFERENZA LEVA DI PRIMO SECONDO TERZO TIPO GENERE VANTAGGIOSA SVANTAGGIOSA FULCRO POTENZA FORZA RESISTENZA ESEMPI datemi un punto d'appoggio e solleverò il mondo ARCHIMEDE.jpg

Differenza tra leve vantaggiose, savantaggiose ed indifferenti

In base al rapporto tra forza resistente e forza applicata (o potenza) le leve si distinguono in tre tipi:

leva vantaggiosa: il braccio della forza potenza è più lungo del braccio della forza resistente, la forza motrice impiegata per compiere il lavoro sarà quindi minore della resistenza. Questo tipo di leva è particolarmente utile per svolgere il lavoro umano di potenza.
leva svantaggiosa: il braccio della forza potenza è più corto del braccio della forza resistente, la forza motrice impiegata per compiere il lavoro sarà quindi maggiore della resistenza. Questo tipo di leva può tornare utile per svolgere il lavoro umano di precisione.
leva indifferente: il braccio della forza resistente è uguale al braccio della forza motrice, la leva è in equilibrio.

In base alla posizione reciproca del fulcro e delle forze le leve si distinguono in leve di primo, secondo e terzo genere (o tipo).

Leve di primo genere

Nelle leve di primo genere, il fulcro è posto tra le due forze:

MEDICINA ONLINE LEVA DI PRIMO TIPO GENERE VANTAGGIOSA SVANTAGGIOSA FULCRO POTENZA FORZA RESISTENZA ESEMPI.jpg

Le leve di primo genere possono essere sia vantaggiose che svantaggiose:

leva di primo genere vantaggiosa: quando il braccio della forza motrice è maggiore del braccio della resistenza (cioè il fulcro è più vicino alla resistenza che alla potenza, come nell’immagine in alto);
leva di primo genere svantaggiosa: quando il braccio della forza motrice è minore del braccio della resistenza (cioè il fulcro è più vicino alla potenza che alla resistenza).

Esempi di leve di primo genere svantaggiose sono una tenaglia ed un remo di una barca.
Potrebbe apparire non utile una leva di primo grado svantaggiosa, ma ciò non è vero in alcuni casi, come ad esempio in alcuni lavori di precisione. Osserviamo ad esempio un paio di forbici: si tratta di una leva doppia di primo genere formata dall’unione di due leve. Lo snodo al centro è il fulcro; sull’impugnatura agisce la nostra mano, la forza motrice; al lato opposto, tra le lame, collochiamo l’oggetto da tagliare, la forza resistente. Se dobbiamo realizzare un taglio lungo e preciso, sceglieremo una forbice fornita di lame molto lunghe, una leva svantaggiosa quindi, con il braccio della resistenza maggiore del braccio della forza motrice. Dovremo usare un po’ più di forza ma è irrilevante, considerata la bassa intensità della resistenza opposta al taglio, ad esempio da un foglio di carta, in compenso otterremo un lavoro di grande precisione.

Leve di primo genere nel corpo umano

Un esempio di leva di secondo genere nell’essere umano è rappresentato dall’articolazione del capo dove il fulcro è l’articolazione stessa, la forza resistente è il peso della testa e la forza motrice è fornita dai muscoli splenici posteriori.

Leve di secondo genere

Nelle leve di secondo genere, la forza resistente è posta tra il fulcro e la forza motrice (o potenza interresistente):

MEDICINA ONLINE LEVA DI SECONDO TIPO GENERE VANTAGGIOSA SVANTAGGIOSA FULCRO POTENZA FORZA RESISTENZA ESEMPI.jpg

Questa leva è sempre vantaggiosa perché il braccio della potenza corrisponde all’intera lunghezza della leva, mentre il braccio della resistenza è solo una parte di essa. Su questo principio si realizzano macchine che consentono di sfruttare proprio la caratteristica di questa leva sempre vantaggiosa, in modo da poter realizzare il lavoro desiderato con uno sforzo ridotto. Lo schiaccianoci e la carriola sono leve di secondo genere, che ci consentono di schiacciare una noce o di trasportare carichi pesanti, lavori che non saremmo in grado di fare con la semplice forza delle mani o che ci richiederebbero un grande sforzo. Altro esempio di tale leva è il mantice.

Leve di secondo genere nel corpo umano

Un esempio di leva di secondo genere nell’essere umano è rappresentato dal sollevamento sugli avampiedi: il fulcro sono le dita del piede, la forza resistente è la massa del corpo che grava sulla caviglia, e la forza applicata è quella dei muscoli gemelli della gamba.

Leve di terzo genere

Nelle leve di terzo genere la forza motrice è posizionata tra il fulcro e la forza resistente. sono sempre svantaggiose.

MEDICINA ONLINE LEVA DI TERZO TIPO GENERE VANTAGGIOSA SVANTAGGIOSA FULCRO POTENZA FORZA RESISTENZA ESEMPI.jpg

Questa leva è sempre svantaggiosa, perché il braccio della resistenza è l’intera lunghezza della leva, mentre il braccio della potenza è solo una parte di essa. Questo tipo di leva è impiegata in macchine destinate a compiere lavori di precisione su oggetti di poco peso, per cui il dover applicare una forza muscolare maggiore non comporta alcun problema, mentre invece usare una leva ti terzo tipo su un oggetto pesante sarebbe impossibile. Le pinzette sono un esempio di leva di terzo genere: esse ci consentono di afferrare in modo preciso e sicuro piccoli oggetti, come un francobollo, gli ingranaggi di un orologio o semplicemente un cubetto di ghiaccio. Altri esempi di leva di terzo grado sono il prendi ghiaccio, il taglia unghie, il badile e le pinze per i carboni ardenti.

Leve di terzo genere nel corpo umano

Un esempio di leva di terzo genere nell’essere umano è rappresentato dal braccio umano in flessione mentre tiene un oggetto nella mano, dove il fulcro è l’articolazione del gomito, la forza resistente è l’oggetto sorretto e la forza motrice è fornita dal muscolo bicipite brachiale.