Prof. Alessandro Stranieri Lezione n. 5 LE MACCHINE SEMPLICI LEVE CARRUCOLE E CAMME

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1 Prof. Alessandro Stranieri Lezione n. 5 LE MACCHINE SEMPLICI LEVE CARRUCOLE E CAMME

2 Le macchine 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

3 Le macchine semplici sono: La fune Le leve Il cuneo Il piano inclinato La vite Le carrucole Il corpo girevole intorno ad un asse Sono invece dette macchine COMPOSTE tutte quelle che derivano dall associazione di una o più macchine semplici

4 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: V = Fr Fm

5 #$%&&%'%()*+,-.)/)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< LE LEVE!"

6 Fm Leva di 1 genere (interfulcrale) Fr Bp Braccio della potenza f Br Braccio della resistenza Fm = Potenza f = fulcro Fr = Resistenza

7 A seconda di come il fulcro è posizionato rispetto alla Fm e alla Fr, la leva di 1 genere può anche essere: Fm Indifferente Bp Br 50% 50% Fr Fm Svantaggiosa Fr Bp Br 30% 70% Fm Vantaggiosa Bp 70% Fr Br 30% Fm = Potenza f = fulcro Fr = Resistenza

8 R Estensione del tricipite al French Press avambraccio f P braccio spalla f = fulcro P = Potenza R = Resistenza Esempio di leva di primo genere (tipo svantaggioso)

9 Br Leva di 2 genere (inter-resistente) Fr Fm f Bp Fm = Potenza f = fulcro Fr = Resistenza

10 Br Leva di 3 genere (inter-potente) f Fm Br Fr Fm = Potenza f = fulcro Fr = Resistenza

11

12 Riassumendo Per 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

13 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

14 ATTENZIONE! Nella maggior parte dei casi, i muscoli agiscono sulle leve ossee con angoli di trazione dinamici, cioè sempre diversi!!

15 I muscoli possono essere classificati come shunt o spurt. Spurt Bicipite Brachiale Shunt Lungo Supinatore o Brachioradiale

16 A Esempio 1 L inserzione in C è più vicina al fulcro rispetto a quella in B L angolo di trazione supera i 90. La componente longitudinale del muscolo allontana i due segmenti. B B α A β A C C Secondo Mac Conail un muscolo di questo genere è denominato Spurt.

17 A Esempio 2 L inserzione in C risulta più distante dal fulcro di quella in B B B α A β A C C Secondo Mac Conail un muscolo di questo genere è denominato Shunt (devia verso sè la forza principale)

18 Le carrucole

19 Le 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.

20 Le carrucole Scopo della carrucola (FISSA) è modificare la linea di azione di una forza

21 Le carrucole Distinguiamo 3 tipologie di carrucola: FISSA MOBILE COMPOSTA

22 Le carrucole Permette 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. FISSA diverse possibilità di dirigere l azione della forza

23 Le carrucole L azione della carrucola può essere rappresentata come una leva di 1 genere, in Fr f Fm 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).

24 Le carrucole 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. MOBILE

25 Le carrucole VM = vantaggio meccanico VM = Fr/Fm VM = 100 N/50N VM = 50N

26 Le carrucole E COMPOSTA se costituita da carrucole fisse e mobili. COMPOSTA E il sistema senza dubbio più vantaggioso dal punto di vista dell utilizzo della forza, ma è svantaggioso in termini di velocita del movimento

27 Le carrucole N e l l e s e m p i o : l a f o r z a 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). COMPOSTA

28 Le carrucole 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

29 Le carrucole

30 Le carrucole PARANCHI STANDARD

31 Le carrucole 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.

32 Le carrucole PARANCHI A 1 VELOCITA' PER SCOTTA RANDA

33 Le carrucole 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.

34 Le carrucole

35 Le 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)

36 Le Camme 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

37 Le Camme

38 Le 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).

39 Le Camme Alcuni esempi di alberi a camme

40 Le Camme Quando solleviamo un peso ci rendiamo conto che l intensità del carico sollevato tende a diminuire. Quindi a seconda dell angolo avremo, a parità di peso usato, una differente tensione muscolare. 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

41 Le 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.

42 Le 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 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.

43 Le Camme F1 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. F2 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.!

44 Grazie per l attenzione

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