Informazioni su questo esperimento
Gli operai edili, i marinai e gli operatori delle gru sollevano carichi pesanti con le carrucole. Una sola carrucola fissa permette di tirare soltanto verso il basso anziché verso l’alto, ma un paranco distribuisce il peso tra più tratti di fune, così una persona può sollevare un carico molto più pesante del proprio peso. Però niente è gratis: bisogna tirare la fune per una distanza maggiore. Prova sei sistemi di carrucole, conta i tratti di fune che sostengono il carico, leggi la forza applicata su un dinamometro e verifica che il lavoro compiuto non sia mai inferiore al lavoro svolto sul carico.
Obiettivi di apprendimento
- Descrivi la funzione delle carrucole fisse e mobili
- Determina il vantaggio meccanico di un sistema di carrucole contando i tratti di fune che sostengono il carico
- Dimostra che una forza minore richiede di tirare la fune per una distanza maggiore
- Calcola il lavoro in ingresso, il lavoro in uscita e il rendimento
- Spiega perché i sistemi di carrucole reali hanno un rendimento inferiore al 100 %
Come si usa
- 1Inizia con la carrucola fissa e un carico di 20 kg. Confronta la forza necessaria con il peso. A cosa serve la carrucola?
- 2Passa alla carrucola mobile. Qual è la forza necessaria ora e in quale direzione devi tirare?
- 3Prova con 2, 3, 4 e 5 tratti di fune. Crea una tabella che metta a confronto il numero di tratti che sostengono il carico e lo sforzo. Qual è la regola?
- 4Premi «Tira», tira la fune e osserva i segni. Quale parte della fune si muove più velocemente?
- 5Solleva il carico di 50 cm in ciascun sistema e confronta la lunghezza di fune tirata con il lavoro in entrata e quello in uscita.
- 6Aggiungi carrucole da 2 kg e un attrito del 5%. Perché il rendimento diminuisce quando aggiungi altre carrucole?
Il modello
Ipotesi
- La fune è leggera e non si allunga; quindi, in assenza di attrito, la tensione è uguale lungo tutta la fune.
- Tutti i tratti di fune che sostengono il carico sono verticali e il carico viene sollevato lentamente a velocità costante, quindi non c’è accelerazione.
- Il peso delle carrucole mobili viene sollevato insieme al carico. Le carrucole fisse sono appese al soffitto e non aumentano lo sforzo.
- L’attrito è una percentuale fissa della tensione persa a ogni puleggia su cui passa la corda; è un modello semplice dei cuscinetti reali.
- Le pulegge sono disegnate una accanto all’altra affinché si possa vedere ogni tratto di corda. In un paranco reale condividono lo stesso asse.
Provalo in classe
- Q1Un carico di 60 kg viene sollevato con 4 tratti di corda portanti. Qual è la forza ideale necessaria? (g = 9,8 N/kg)
- Q2Per sollevare un carico di 2 m con un sistema a 5 tratti di corda, quanta corda bisogna tirare?
- Q3Un lavoratore tira con una forza di 150 N per sollevare un carico di 400 N con 3 tratti di corda. Calcola il vantaggio meccanico e il rendimento.
- Q4Perché una singola puleggia fissa è comunque utile, anche se non offre alcun vantaggio meccanico?
- Q5Un sistema di pulegge può mai ridurre il lavoro necessario per sollevare un carico? Spiega.
Domande frequenti
Perché l’estremità libera non conta come tratto di corda portante quando si tira verso il basso?
L’estremità libera che esce da una puleggia fissa tira quella puleggia, appesa al soffitto, non il carico. Solo i tratti di corda collegati al bozzello mobile, oppure l’estremità che si tira verso l’alto su una puleggia mobile, sostengono il carico.
Il vantaggio meccanico è la stessa cosa del rapporto di velocità?
Solo in un sistema ideale. Il rapporto di velocità deriva dalla geometria ed è sempre n. Il vantaggio meccanico si misura in base alle forze ed è minore in presenza di attrito o di pulegge pesanti.
Dove si usano le pulegge nella vita reale?
Gru, montacarichi e ascensori, barche a vela, pennoni, tapparelle, macchine per i pesi in palestra e sistemi di soccorso per l’arrampicata usano tutti le pulegge, spesso più di una insieme.