Una leva è una macchina semplice costituita da un'asta rigida libera di ruotare attorno a un punto fisso chiamato fulcro (F).
Su di essa agiscono due forze principali:
Forza Motrice o Potenza (FP): la forza applicata attivamente dall'operatore per compiere il lavoro.
Forza Resistente (FR): la forza contrastante che si vuole vincere (spesso il peso di un carico).
2. Il Momento di una Forza
La capacità di una forza di generare una rotazione attorno al fulcro è quantificata dal momento torcente:
M = F · b [N·m]
Il braccio ($b$) è la distanza perpendicolare tra la retta d'azione della forza e il fulcro ($b_P$ per la potenza, $b_R$ per la resistenza).
3. Condizione di Equilibrio
La leva è in equilibrio rotazionale quando la somma algebrica dei momenti rispetto al fulcro è nulla:
MP = MR ⇒ FP · bP = FR · bR
La legge stabilisce la proporzionalità inversa tra forza e braccio:
FP / FR = bR / bP
4. I Tre Generi di Leva
1° Genere (Interfulcrale): il fulcro è posto tra potenza e resistenza. Può essere vantaggiosa ($b_P > b_R$), svantaggiosa ($b_P < b_R$) o indifferente ($b_P = b_R$). (Es: altalena, forbici, tenaglie).
2° Genere (Interresistente): la resistenza è compresa tra fulcro e potenza. Poiché $b_P$ è sempre maggiore di $b_R$, è sempre vantaggiosa ($F_P < F_R$). (Es: carriola, schiaccianoci).
3° Genere (Interpotente): la potenza è applicata tra fulcro e resistenza. Essendo $b_P < b_R$, è sempre svantaggiosa ($F_P > F_R$), ma garantisce guadagno in velocità o precisione. (Es: pinzette, avambraccio umano).
5. Vantaggio Meccanico
Il rapporto tra resistenza vinta e potenza spesa definisce il guadagno della leva:
Vm = FR / FP = bP / bR
Se $V_m > 1$ la leva è vantaggiosa; se $V_m < 1$ è svantaggiosa.
Rappresentazione della Leva e dei Vettori di Forza