Più di 2200 anni fa, un certo intellettuale greco disse: “Datemi una leva e vi solleverò il mondo”. Quel tale Archimede riassunse così le leggi della leva che conosciamo oggi. Le leve sono trasduttori di forza. Ci permettono di esercitare una forza molto maggiore sull'altro lato dell'asse applicando una forza relativamente piccola.
Probabilmente non ci fate caso, ma nella vita di tutti i giorni incontriamo sempre delle leve: l'altalena al parco giochi, la carriola in giardino, lo schiaccianoci a Natale e le pinze KNIPEX funzionano grazie alla legge della leva. Non è necessario aver studiato fisica per visualizzare l'effetto della nostra forza su una leva. Le coppie, i vettori e le velocità angolari giocano un ruolo importante nel ricavare le formule, ma abbiamo semplificato tutto in qualche esempio, perché i decimali non sono importanti nella pratica.
Quando si osservano le leve, si distinguono un braccio di forza, un braccio di carico e un punto di rotazione. Nel caso di una leva unilaterale, il braccio di carico e il braccio di forza sono sulla stessa linea e il punto di rotazione si trova all'estremità. L'esempio migliore è quello della carriola. Esempio: carichiamo uno pneumatico con un cerchio del peso di circa 40 kg, che agisce verso il basso con una forza F1 di 400N. Il centro del cerchio si trova a 0,5 m dall'asse di rotazione/ruota (r1), i manici della carriola che sto sollevando si trovano a 1,5 m dall'asse di rotazione/ruota (r2). Se trascuriamo il peso della carriola e l'attrito, è facile calcolare la forza con cui devo sollevare la carriola all'inizio.
Se ricaviamo la formula, il risultato è un rapporto semplificato delle due forze e delle lunghezze applicate:
Come si vede, più piccolo è il braccio di carico r1 (cioè la distanza tra il cerchio e l'asse della ruota) o più grande è il braccio di forza r2 (cioè la lunghezza del telaio fino alla maniglia), meno forza F2 devo applicare per sollevare il cerchio.
Un braccio di forza tre volte più lungo fornisce 1/3 della forza necessaria, che nel nostro esempio corrisponde a un sollevamento di soli 13,3 kg. Per essere molto precisi: più sollevo il telaio, più il rapporto tra r1 e r2 si sposta. A un certo punto, la forza F1 agisce direttamente sull'asse, il braccio di carico r1 è quindi lungo 0 cm e non devo più applicare alcuna forza.
Se, ad esempio, la superficie di taglio di una tronchese diagonale è molto vicina al giunto, il braccio di carico r1 è estremamente corto e la forza F1 sul pezzo da lavorare è di conseguenza elevata. Diamo un'occhiata alle nostre popolari tronchesi diagonali 74 02 160 ad alta leva: Con una lunghezza complessiva di soli 160 mm, il braccio di forza è lungo circa 130 mm, ma se tagliamo vicino alla giunzione, il braccio di carico è lungo solo 20 mm. Una mano normale spinge una tronchese diagonale con una forza di circa 400N.
Wow, è un sacco di forza!
A titolo di confronto, prendiamo la tronchese diagonale ad alta leva 74 05 250, più grande della precedente, progettata per un uso continuativo e pesante. In questo caso, la lunghezza del braccio di potenza è di circa 210 mm, quella del braccio di carico di circa 20 mm.
Questo è tale che il filo di pianoforte con un diametro fino a 3 mm può essere tagliato con questa taglierina diagonale senza alcuno sforzo.
Oppure prendiamo un paio di pinze per idraulica. Ecco illustrato dalla nostra Cobra, vi sembra un'immagine familiare?
Questa volta, se la forza delle nostre mani F2 è nota, risolviamo la formula per la forza di presa F1 se le ganasce della pinza sono lunghe 50 mm e le gambe sono lunghe 200 mm.
Ora che la formula è diventata un gioco da ragazzi, potete anche “calcolare” quanto deve essere lunga la leva per sollevare il mondo! Ipotizzando di prendere la luna come centro di rotazione, la Terra ha un “peso” di 5,972*1024kg e dista in media 384.400 km dalla Luna (r1), aggrappandosi al braccio di forza con il proprio peso, diciamo 100 kg (cioè F2=100N), quanto è lunga la leva?* Ovviamente, dal punto di vista fisico, tutto ciò non è possibile.
Con vari sviluppi ulteriori, la forza può essere moltiplicata, ad esempio con un doppio giunto nel caso di un tagliabulloni. Qui, l'ulteriore distanza che i bracci di forza devono " percorrere" per essere riuniti applica una grande forza sul lato del carico su una breve distanza.
Ogni pinza ha dei limiti naturali, come la quantità di forza che una persona può applicare con le proprie mani o l'ampiezza delle proprie dita. Per questo motivo, KNIPEX cerca ogni giorno, da decenni, di perfezionare i suoi utensili, in modo che anche domani possiate esercitare una presa potente.
*P.S.: La leva nel compito con la Terra dovrebbe essere lunga 22.963.680.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000 chilometri.