Attrezzi e dispositivi di uso quotidiano
di Silvia Pugliese Jona

LEV3 - Sollevare un carico servendosi di un righello imperniato

Scopo: Utilizzando un righello imperniato nel baricentro, in equilibrio sotto l’effetto di forze applicate su ambo i lati,

Materiali:
Righello di legno o di metallo, omogeneo, munito di ganci equidistanti e con un foro circolare in corrispondenza del suo baricentro.
- Sostegno costituito da un treppiede (o piattaforma) pesante, un’asta verticale e un perno orizzontale fisso, di diametro adeguato al foro circolare centrale del righello. Il righello imperniato deve poter ruotare agevolmente (con pochissimo attrito).
- Masse tarate con doppio gancio da 5, 10 e 20 grammi.
- Dinamometro azzerabile secondo la direzione della forza da misurare.
- Una o due aste metriche millimetrate per misurare l'abbassamento del punto di applicazione di una forza e l'innalzamento del punto di applicazione dell'altra forza

Procedimento:
Si impernia il righello in corrispondenza del suo baricentro e si appendono alcuni pesetti tarati ad uno dei suoi ganci. 
- Si equilibra il righello applicando dall'altro lato, ad una distanza dal fulcro in rapporto semplice con il braccio dei pesetti, un dinamometro preventivamente azzerato, tenuto con la mano e orientato in modo da esercitare una forza verticale verso il basso. - Si legge la forza indicata dal dinamometro e si misurano le altezze dei punti di applicazione delle due forze.
- Si tira lentamente il dinamometro verso il basso mantenendolo verticale e abbassandone il punto di applicazione di qualche centimetro.
- Si misurano il suo abbassamento e l'innalzamento del punto di applicazione dei pesetti appesi all'altro lato del righello.
- Si ripete il procedimento cambiando i punti di applicazione e i valori delle forze.
- Si confrontano i prodotti (forza) × (spostamento verticale) da ambo le parti

Conclusioni:
Se l'attrito al perno è trascurabile, in tutti i casi sperimentati il prodotto dell'intensità della forza per lo spostamento verticale del suo punto di applicazione risulta, entro i limiti delle incertezze, uguale da ambo i lati del righello.

Esempi:

pesetti a sinistra

dinamometro a destra

peso

distanza dal fulcro

altezza iniziale

altezza finale

innalza-
mento

forza

distanza dal fulcro

altezza iniziale

altezza finale

abbassamento

40 gp

6 ganci

42 cm

58 cm

16 cm

80 gp

3 ganci

57 cm

49 cm

8 cm

30 gp

4 ganci

35 cm

45 cm

10 cm

20 gp

6 ganci

59 cm

44 cm

15 cm

peso × innalzamento =

40 × 16 = 640 gp cm
30 × 10 = 300 gp cm

forza × abbassamento =

80 × 8 = 640 gp cm
20 ×15 = 300 gp cm

Estensione:
Il lavoro di una forza si calcola moltiplicando la sua intensità per il suo spostamento nella stessa sua direzione.
Poiché in questo esperimento le forze sono verticali e anche i loro spostamenti (abbassamento, innalzamento) sono verticali i lavori compiuti sono:
lavoro dei pesetti = LP = peso × innalzamento
lavoro della mano  = LM = forza misurata dal dinamometro × abbassamento

I due lavori hanno la stessa grandezza ma non sono equivalenti. La differenza tra i lavori compiuti è che la mano che tira il dinamometro compie un lavoro motore, la forza-peso dei pesetti compie un lavoro resistente.

Dopo aver compiuto il lavoro resistente i pesetti, trovandosi più in alto di prima, hanno aumentato la propria energia, mentre la persona che tramite la mano e il dinamometro ha compiuto il lavoro motore ha diminuito la propria energia. Un flusso di energia è quindi passato dalla persona ai pesetti tramite la catena di interazioni che va dalla mano al dinamometro al righello ai pesetti.