LEVE E PULEGGE NEL CORPO UMANO
Il sistema muscolo-scheletrico è un perfetto esempio di due macchine semplici: la puleggia e la leva.
1. DEFINIZIONI
PULEGGIA: struttura fissa o mobile in grado di cambiare la direzione di una forza. Grazie alla puleggia assicurata sopra a un pozzo, possiamo sollevare il secchio tirando la corda a cui è legato verso il basso o all’indietro.
LEVA: macchina semplice costituita da un corpo rigido libero di ruotare su un punto fisso chiamato fulcro. La leva formata dalle tenaglie mi permette di tagliare il filo metallico.
2. ESEMPIO DI PULEGGIA NEL CORPO
L’articolazione del ginocchio, se analizzata frontalmente, è un perfetto esempio di puleggia fissa. Immaginiamo di stare seduti su una sedia; la contrazione del quadricipite tira all'indietro il tendine connesso alla rotula; quest’ultima è unita alla tibia da un legamento. Il risultato è tanto semplice quanto efficacie: la direzione della forza cambia e mentre la rotula va indietro, la tibia sale verso l’alto. Il gomito, quando si estende, è un altro esempio di puleggia.
3. LE LEVE
Il corpo umano trabocca di esempi di leve; inoltre, come vedremo, esso crea leve anche con l’ambiente esterno. Intanto dobbiamo descrivere come è fatta una leva: il fulcro è il perno sul quale il corpo rigido si muove. La forza applicata è quella utilizzata per vincere la resistenza; la distanza tra il fulcro e la forza applicata (o la resistenza) si chiama braccio. Una leva può essere vantaggiosa se amplifica la forza applicata, svantaggiosa se la riduce o neutra se non ha alcuna conseguenza. Questi effetti sono determinati dalla lunghezza dei bracci della resistenza e della forza applicata.
3.1 LEVA DI PRIMO GENERE
L’esempio delle tenaglie descrive una tipologia di leva che ha il fulcro tra la forza applica e la resistenza e può essere vantaggiosa, svantaggiosa o neutra. Nel corpo troviamo questo tipo di leva nella congiunzione tra collo e testa: il capo è la resistenza, le ossa (considerando l'intero collo) su cui poggia il fulcro e i muscoli che la portano indietro la forza applicata.
3.2 LEVA DI SECONDO GENERE
In questa situazione abbiamo la resistenza tra il fulcro e la forza applicata: è quindi chiaro che il braccio della resistenza è più corto di quello della forza applicata. Questo tipo di leva è sempre vantaggiosa, perché la forza applicata viene amplificata; un oggetto di uso quotidiano di questo tipo è lo schiaccianoci. Nel momento in cui ci alziamo sulle punte dei piedi, queste sono il fulcro, il peso del corpo che grava sulla caviglia è la resistenza e i muscoli del polpaccio esercitano la forza. Non esistono molti altri esempi di leva di questo tipo nel nostro corpo.
3.3 LEVA DI TERZO GENERE
Questa tipologia di leva ha la forza applicata tra il fulcro e la resistenza, come nel caso delle pinze per il fuoco; essendo il braccio della prima più corto di quello della seconda, la forza applicata sarà attenuata e la leva risulterà sempre svantaggiosa. L’articolazione del gomito, quando esegue una flessione, è una leva di questo genere: l’inserzione del bicipite (punto in cui viene applicata la forza) si trova tra l’articolazione (fulcro) e la mano (resistenza). Questa tipologia di leva è la più comune nel corpo umano.
La leva più svantaggiosa è quella più comune nel nostro corpo? Ma come è possibile?
È proprio così! Perché una leva di terzo genere è svantaggiosa in termini di forza, ma non lo è per quanto riguarda lo spazio percorso e la velocità di movimento.
Quando pieghiamo (flettiamo) il gomito, lo spazio percorso dalla mano (lontana dal fulcro) è maggiore rispetto a quello percorso dall'avambraccio (vicino al fulcro). In questo caso specifico, essendo il braccio della resistenza circa sei volte più lungo di quello della forza applicata, la forza verrà ridotta di sei volte, mentre la velocità del movimento e la distanza dal punto di partenza aumenteranno mantenendo lo stesso rapporto.
Dott. Daicoro Principi
Bibliografia
Martini, F. H. (2016). Anatomia umana.