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Leve che tirano o premono da due lati - Forbici

Cosa osservare, cosa fare
a) Forma e funzionamento
Le forbici si compongono di due lame simmetriche, di lunghezza e forma adeguate all’uso specifico a cui sono destinate, infulcrate su un perno avvitato. Ogni lama è dotata di un manico terminante in un anello per le dita di chi le usa. Aprendo e chiudendo le forbici le lame slittano l’una sull’altra rimanendo a contatto o molto vicine. In chiusura tagliano ciò che è inserito nello spazio interposto perpendicolarmente al loro piano.
Le svariatissime forme assunte dai molti tipi di forbici e da strumenti analoghi usati per tagliare (come cesoie, tagliatubi ecc) sono strettamente legate ai loro usi specifici.

b) Forze

• Movimento “a vuoto”
  Le dita applicano agli anelli due forze dirette in verso opposto appartenenti alla stessa retta d’azione, i cui versi dipendono dal verso del moto (di apertura o di chiusura). A queste possono opporsi deboli forze d’attrito in corrispondenza dei tratti sovrapposti delle lame, le cui intensità e punti d’applicazione dipendono dal grado di apertura dell’attrezzo: nel seguito le trascureremo.

• Movimento “in azione”
  Le lame chiudendosi esercitano da ambo i lati dell’oggetto da tagliare forze di uguali intensità, perpendicolari ai fili delle lame ma oblique rispetto al piano dell’oggetto. Queste forze stringono l’oggetto tra i bordi affilati delle lame con notevole pressione, e ne consentono le azioni trasversale (taglio in spessore) e longitudinale (taglio in lunghezza). Per reazione, l’oggetto da tagliare esercita forze opposte sulle lame.

c) Misure
- Le lunghezze dei bracci b_D e b_L a diverse aperture delle forbici (b_D è misurata in corrispondenza dei punti, variabili con l’apertura, dove le dita premono sugli anelli per chiudere le lame).
- Le aperture delle punte e degli anelli corrispondenti ai bracci misurati.
La tabella riporta le misure compiute su un paio di forbici da carta in cui (a forbici chiuse) le distanze dal fulcro dei centri degli anelli e delle punte delle lame distano rispettivamente 7 e 10 cm. Tutte le misure riportate hanno incertezza di ±0,1 cm

apertura  punte	13,0 cm	6,7 cm	3,9 cm	3,0 cm	1,8 cm	1,4 cm	1,1 cm	0
apertura anelli	9,1 cm	4,7 cm	2,7 cm	2,1 cm	1,1 cm	1,0 cm	0,8 cm	0
bL	1,0 cm	2,0 cm	3,0 cm	4,0 cm	5,0 cm	6,0 cm	7,0 cm	10,0 cm
bD	4,5 cm	6,0 cm	6,5 cm	6,7 cm	6,8 cm	6,9 cm	7,0 cm	7,0 cm

c) Calcoli
Le forbici sono uno strumento a vantaggio variabile. Per le forbici da carta cui si riferiscono le misure riportate in tabella i rapporti bD/bLtra i bracci della forza motrice (esercitata dalle dita) e della forza resistente (esercitata dall’oggetto da tagliare) vanno da 4,5 a 0,7. I rapporti FD/FL tra le corrispondenti intensità delle forze variano quindi da 0,22 a 1,43.

d) Conclusioni
Chi usa le forbici compie un lavoro motore che in ogni istante è uguale al lavoro resistente delle forze esercitate dall’oggetto da tagliare. Le intensità delle forze esercitate sono determinate dalla natura del corpo da tagliare e dalla sua posizione rispetto al fulcro; gli spostamenti dal suo spessore.
Usando attentamente le forbici si osserva un’importante conseguenza dell’uguaglianza dei lavori: poiché nello stesso tempo compie uno spostamento minore, la forza più intensa si sposta più lentamente della forza meno intensa.

Anche se per tagliare un contorno complicato da un foglio di carta basta una forza debole, per rallentare l’operazione e renderla più controllabile conviene ugualmente inserirlo profondamente tra le lame dove il braccio b_L è più piccolo.