LE CARRUCOLE....2 lezione

CONTENUTI: carrucole fisse e mobili, paranchi semplici e multipli

STRUMENTI UTILIZZATI: presentazione multimediale (Microsoft PowerPoint), video proiettore

LUOGO: laboratorio multimediale

DURATA: 3 ore

Come già indicato per la lezione precedente ci troviamo nel laboratorio multimediale, dove è disponibile la postazione PC del docente e il videoproiettore necessari alla presentazione dei contenuti della lezione.

Inizialmente con le prime immagini si focalizzerà immediatamente l’argomento odierno (le carrucole) e, per gli allievi sarà facile far riferimento alle molteplici applicazioni nella vita quotidiana di queste macchine (la carrucola che usano i muratori per sollevare il recipiente contenente la calce, piuttosto che le applicazioni nelle tapparelle delle abitazioni civili….)

In questa fase cerco riferimenti esemplificativi di oggetti di comune utilizzo allo scopo di chiarire la funzione e l’utilizzo di questi oggetti.

Nelle slides cerco di presentare i concetti fondamentali teorici focalizzando l’attenzione solo sugli argomenti strettamente necessari preferendo l’uso di immagini che tra l’altro agevolano enormemente la vita del docente: si pensi a quanto tempo ci vorrebbe per realizzare con il gessetto un paranco multiplo!!


Il commento alla presentazione da parte del docente integra e chiarisce lo scorrere delle diapositive guidando l’allievo alla comprensione dei contenuti proposti.

Terminata la fase teorico-informativa esi passerà alla parte più pratica e interattiva della lezione, per la quale gli allievi potranno utilizzare il PC; utilizzando il collegamento ad internet è possibile utilizzare un paio di applets relativi alla puleggia e a sistemi di pulegge sui cui potranno cimentarsi lavorando singolarmente o in gruppo.
In una sezione apposita del blog sono indicati alcuni possibili applets che verranno utilizzati nel corso delle lezioni.

L’argomento si conclude presentando alla classe semplici esercizi numerici applicativi con relativa spiegazione frontale alla lavagna.




Passiamo ai contenuti....




Derivata direttamente dalla leva, osservabile quotidianamente in moltissime applicazioni, prendiamo ora in esame una nuova macchina semplice: la carrucola o puleggia.



La carrucola è una ruota con bordo esterno dotato di una scanalatura chiamata “gola” per consentire di alloggiarvi una fune o una catena.
La ruota è libera di girare attorno ad un mozzo sostenuto da un supporto chiamato “staffa” passante per un foro praticato al centro della stessa.
Le carrucole sono, a tutti gli effetti, delle leve meccaniche, che vengono prevalentemente utilizzate per operazioni di sollevamento.



Nella carrucola fissa la staffa è fissata ad un sostegno, la forza resistente è applicata ad una estremità della fune o catena passante per la gola e, la forza motrice, è applicata all’altra estremità.
La macchine è paragonabile ad una leva di I genere con le distanze fra fulcro e punti di applicazione delle due forze identiche e pari al raggio della manovella.

Il vantaggio offerto non è la riduzione della forza motrice ma quello di poter variare la direzione della forza applicata; dovendo sollevare un peso al posto di farlo direttamente è più comodo riuscirci tirando una fune dall’alto verso il basso perché ciò ci permette di sfruttare il peso del nostro corpo.
La carrucola fissa è quindi una leva di primo genere in cui il braccio della potenza è uguale al braccio della resistenza, entrambi essendo pari al raggio della carrucola stessa. Tale leva non è quindi né vantaggiosa né svantaggiosa.

Schema di una puleggia fissa



Dalla condizione di equilibrio alla rotazione intorno al centro 0 della puleggia si ottiene



e semplificando F = Q


Nella carrucola mobile la staffa è il punto di applicazione della forza resistente; un’estremità della fune è fissata ad un sostegno mentre all’altra è applicata la forza motrice.
Se i due tratti di fune sono paralleli la macchina tende a ruotare non attorno all’asse della carrucola ma attorno al punto di contatto del tratto di fune fissa con la carrucola.
La distanza fra fulcro e punto di applicazione della forza motrice corrisponde perciò al diametro della carrucola mentre, quella fra fulcro e punto di applicazione della forza resistente è pari al raggio. Ne segue che, per l’equilibrio è sufficiente che l’intensità della forza motrice sia metà di quella della forza resistente.
La carrucola mobile è quindi una leva di secondo genere (quindi vantaggiosa) in cui il braccio della resistenza è uguale al raggio della carrucola, mentre il braccio della potenza è pari a due volte il raggio.

Schema di una puleggia mobile



Analogamente a quanto visto sopra, supponendo di poter trascurare il peso della puleggia stessa e quello della fune che l’avvolge, la condizione di equilibrio diviene:




e semplificando F=Q/2 da cui, ricordando la definizione vantaggio di una macchina semplice, si ottiene K = 2 ovvero, l’impiego di una puleggia mobile comporta una forza motrice pari al 50 % di quella resistente.