Prof. Alessandro Stranieri Lezione n. 5 · Le macchine semplici sono: Le leve Il piano inclinato Le...

LE MACCHINE SEMPLICI

Prof. Alessandro StranieriLezione n. 5

LEVE CARRUCOLE E CAMME

Dal punto di vista statico, una macchina è un dispositivo che consente di equilibrare una

forza (resistente) per mezzo di un’altra forza (motrice).

Le macchine possono essere descritte come:- Macchine semplici

- Macchine composte

Le macchine

Le macchine semplici sono:

Le leve

Le carrucoleIl piano inclinato

Il corpo girevole intorno ad un asse

La fune

Sono invece dette macchine COMPOSTE tutte quelle che derivano dall’associazione di una o più macchine semplici

Il cuneo

La vite

Il vantaggio meccanico

Il rapporto tra l’intensità della forza resistente (Fr) e quello della forza motrice (Fm) necessaria per l’equilibrio viene detto vantaggio meccanico

di una macchina e si esprime con la formula:

FmFrV =

LE LEVE!"

#$%&&%'%()*+,-.)/)0

-.12/2('3.)*&'2-24(%*,4*

4,+2')*24)'+2*53*/2627*

%/.,42*6%4(%883)-2*+%7*

%--%3*&39 :'2;,24(2+24(27*

-6%4(%883)-2<

Fm = Potenza f = fulcro Fr = Resistenza

Leva di 1° genere(interfulcrale)

Fr

f

Fm

Braccio della potenza

Braccio della resistenza

Bp Br

A seconda di come il fulcro è posizionato rispetto alla Fm e alla Fr,la leva di 1° genere può anche essere:

FrFm

Bp Br

Indifferente

50% 50%

FrFm SvantaggiosaBp Br

30% 70%


FrFm Vantaggiosa

30%BrBp

70%

Pf

R

P = Potenza

f = fulcro

R = Resistenza

Estensione del tricipite al French Press

braccio

avambraccio

spalla

Esempio di leva di primo genere (tipo svantaggioso)


Leva di 2° genere(inter-resistente)

Fr

f

Fm

Bp

Br


Leva di 3° genere(inter-potente)

Fr

fFm

Br

Br

RiassumendoPer le leve distinguiamo 3 casi:

A) se Bf > Br il vantaggio è superiore a 1, la leva è vantaggiosa

B) se Bf < Br il vantaggio è inferiore a 1, la leva è svantaggiosa

C) se Bf = Br il vantaggio è uguale a 1, la leva è indifferente

Comunque, qualunque sia il vantaggio di una leva, questa sarà in equilibrio se il momento della forza resistente sarà uguale a

quello della forza motrice

ATTENZIONE!

La suddivisione classica delle leve (I, II, III)è chiara e perfetta finché rappresentata:

con leve rettilinee

con punti sulla stessa retta

con forze parallele

Nella maggior parte dei casi, i muscoli

agiscono sulle leve ossee con angoli di

trazione dinamici,

cioè sempre diversi !!

ATTENZIONE!

Bicipite BrachialeLungo Supinatoreo Brachioradiale

ShuntSpurt

I muscoli possono essere classificati come shunt o spurt.

A

B

AA

C

Esempio 1

C

A

B

β

α

Secondo Mac Conail un muscolo di questo genere è denominato “Spurt”.

L’inserzione in C è più vicina al fulcro rispetto a quella in B

L’angolo di trazione supera i90°. La componente longitudinale

del muscolo allontana i due segmenti.

AA

Esempio 2

L’inserzione in C risulta più distante dal fulcro di quella in B

A

B

C

CA

B

β

α

Secondo Mac Conail un muscolo di questo genere è denominato “Shunt” (devia verso sè la forza principale)

MACCHINELe carrucole


In meccanica una carrucola o puleggia è una macchina semplice per

sollevare pesi.

E’ una ruota girevole attorno ad un perno (asse) fissato ad una staffa e munita di una

scanalatura entro cui scorre un organo flessibile di trasmissione, come una fune,

una cinghia, ecc.


Scopo della carrucola (FISSA) è modificare la linea di azione di una

forza


Distinguiamo 3 tipologie di carrucola:

FISSA COMPOSTA MOBILE


FISSAPermette di esercitare lo

sforzo muscolare per sollevare un peso nel verso in cui ci riesce più facile, (cioè dall'alto verso il basso) e soprattutto ci consente di direzionare la linea di azione della forza nel modo a noi più comodo.

diverse possibilità di dirigere l’azione della forza


Fr FmL’azione della carrucola

può essere rappresentata come una leva di 1° genere, in cui il perno centrale della carrucola raffigura il fulcro (f) e le estremità laterali sono rispettivamente la forza resistente (Fr) e la forza motrice (Fm).

f


MOBILE

E’ mobile , quando il peso e’ attaccato alla staffa, che quindi sale e scende con esso;

In questo caso esiste un vantaggio meccanico pari al 50% , ovvero per sollevare un peso di 100 kg dovremo applicare una forza di soli 50 kg.


VM = vantaggio meccanico

VM = Fr/Fm

VM = 100 N/50N

VM = 50N


COMPOSTAE’ COMPOSTA se costituita da carrucole fisse e mobili.

E’ il sistema senza dubbio più vantaggioso dal punto di vista dell’utilizzo della forza, ma è svantaggioso in termini di velocita’ del movimento


COMPOSTA

Nell’esempio : la forza

necessaria ad equilibrare la

massa sospesa, è pari ad 1/6

della forza peso della massa

(la fune subisce 6 rimandi e

quindi le funi su cui si scarica

la forza peso sono sei).


Ciò si traduce nel fatto che

per alzare questa massa è

sufficiente utilizzare un

argano in grado di sviluppare

una forza di poco superiore ad

un sesto del peso del carico

da sollevare.

COMPOSTA


PARANCHI STANDARD


Ciò dà ragione del perché

pochi marinai siano in grado di

movimentare una grande vela

anche quando gonfiata dal

vento.

Un simile sistema trova poi

largo uso nelle gru ad alta

portata. Esse sono in grado di

s o l l e va r e g r a n d i p e s i

impiegando cavi di piccola

sezione e motori non troppo

ingombranti.

PARANCHI A 1 VELOCITA' PER SCOTTA RANDA



Per mezzo della fune e delle carrucole multiple i marinai riescono a sollevare pesanti vele con poco sforzo.

Per contro il movimento sarà meno veloce per via di una fune estremamente lunga.

MACCHINELe Camme

Detta anche eccentrico, di solito e’ un organo che con il suo movimento di rotazione determina lo spostamento rettilineo di un altro componente, che ha luogo secondo una ben determinata legge (stabilita fondamentalmente dal profilo della camma stessa)

Il principio è stato già ampiamente illustrato da LEONARDO DA VINCI quando ideò un martello in cui una ruota dentata che effettua un movimento circolare continuo, produce di seguito un movimento rettilineo di va e vieni - Ruota e albero a camme

MACCHINELe Camme

MACCHINELe Camme

In campo automobilistico la loro utilizzazione piu' tipica si ha nei sistemi di comando della valvola. Durante la loro rotazione le camme determinano anche una spinta laterale sull'organo che contattano, sollevandolo: per questo non agiscono mai direttamente sulle valvole ma le azionano per mezzo di bilancieri o di punterie (che sono in grado appunto di assorbire le spinte in questione).

MACCHINELe Camme

Alcuni esempi di alberi a camme

MACCHINELe Camme

MACCHINELe Camme

Quando solleviamo un peso ci rendiamo conto che l’intensità del carico sollevato tende a diminuire.

Nell’ambito dei macchinari ci viene in aiuto la CAMMA, la quale con il suo profilo e c c e n t r i c o p e r m e t t e d i sollevare un carico mantenendo costante la tensione per tutto l’arco di movimento

Camma

Quindi a seconda dell’angolo avremo, a parità di peso usato, una differente tensione muscolare.

MACCHINELe Camme

Una camma è paragonabile ad una leva che cambia in continuazione, dalla forma ellissoidale e che è posta tra la fonte della resistenza ed il punto di applicazione della forza.

La funzione della camma è sostanzialmente quella di variare la resistenza lungo l’arco di movimento per accomodare la forza delle leve biomeccaniche del corpo umano.

Le catene cinetiche del corpo umano sono, per la maggior parte, di terzo genere svantaggiose, a causa della vicinanza dell’inserzione del tendine al fulcro di articolazione. Questa particolare architettura anatomica da’ grandi vantaggi in termini di velocità periferica e ampiezza di movimento, ma ha lo svantaggio di erogare poca forza. Per mezzo delle camme la tensione muscolare rimane costante malgrado la struttura biomeccanica.

MACCHINELe Camme

Camme positive e negative:La camma detta positiva è la camma applicata ai movimenti semplici o monoarticolari. Questo tipo di camma è generalmente ad arrotolamento, cioè la catena si avvolge attorno alla camma durante la fase positiva del movimento. La distribuzione dello sforzo avviene con un momento di forza minore all’inizio e alla fine della contrazione e con un incremento del momento di forza quando l’articolazione è circa a 75-90° di flessione.

La camma negativa è applicata generalmente ai movimenti complessi o pluriarticolari. Questo tipo di camma è generalmente a svolgimento, il che significa che all’inizio del movimento la catena è già avvolta attorno alla camma e che il momento di forza aumenta progressivamente man mano che il movimento nella fase attiva procede. La resistenza prodotta da una camma negativa è generalmente auxotonica.

MACCHINELe Camme

!

Se X < Y allora F1< F2.

Se invece X > Y allora F1 > F2.

Il carico W rimane invariato.

Nella posizione A la forza F1 applicata è inferiore.

Nella posizione B la forza F2 applicata dovrà essere maggiore.

La resistenza aumenta progressivamente man mano che il rapporto biomeccanico migliora e decresce progressivamente al decrescere del vantaggio biomeccanico.

F1

F2

MACCHINE

Grazie per l’attenzione

Prof. Alessandro Stranieri Lezione n. 5 · Le macchine semplici sono: Le leve Il piano inclinato Le...

Documents

Transcript of Prof. Alessandro Stranieri Lezione n. 5 · Le macchine semplici sono: Le leve Il piano inclinato Le...