“La Macchina a Elastico F=kδ”

Automodello in legno che sfrutta la forza degli elastici per la propulsione grazie all’Ingranaggio a Lanterna di Leonardo da Vinci

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La Macchina a Elastico F=kδ

L’auto modello funziona sfruttando degli elastici come “accumulatori di energia” che fanno muovere l’ingranaggio a lanterna che ha il compito di traslare il movimento rotatorio, quello degli elastici, di 90°, imprimendo così all’albero a cui sono ancorate le ruote motrici la forza accumulata.

In fisica l’elasticità è la proprietà di un materiale di deformarsi sotto l’azione di uno stato di sollecitazione imposto (per esempio, a causa di forze esterne applicate) e poi di riacquistare la sua forma originale al venir meno della causa sollecitante.

L’elasticità trova spiegazioni, a livello microscopico, nelle forze di interazione che agiscono tra le particelle che compongono il materiale. La variazione di tali forze (a causa della sollecitazione esterna) fa variare la distanza reciproca tra le particelle (producendo a livello macroscopico la deformazione del corpo). Per livelli relativamente bassi delle sollecitazioni, il lavoro meccanico necessario viene accumulato come energia meccanica all’interno del materiale, e viene rilasciato interamente al venir meno della causa sollecitante mentre le particelle ritornano alla loro posizione iniziale (il corpo riacquista la sua forma originaria).

In meccanica dei materiali, la legge di Hooke, F=kδ, è la più semplice relazione costitutiva di comportamento dei materiali elastici. Essa è formulata dicendo che l’allungamento subito da un corpo elastico è direttamente proporzionale alla forza ad esso applicata, la costante di proporzionalità viene detta costante elastica e dipende dalla natura del materiale stesso.

L’ingranaggio “Lanterna” di Leonardo da Vinci è l’elemento principale di questo auto modello. Leonardo lo aveva pensato per i mulini perché questo ingranaggio ha la particolarità di traslare di 90° un senso rotatorio e questo è proprio quello che necessita per azionare le ruote della macchina.

Tale ingranaggio è composto da due elementi: la Lanterna e il Lubecchio.

Girando la ruota posteriore in senso orario, si aziona la Lanterna ancorata sul suo asse di rotazione.

I denti del Lubecchio, ingranandosi perpendicolarmente sui fuselli della Lanterna, fanno girare il Lubecchio che, ruotando sul proprio asse, imprime una forza meccanica all’elastico ancorato all’estremità opposta.

Così facendo l’energia meccanica si accumula nell’elastico stesso. Terminata la “carica” dell’elastico, esso la restituisce per la proprietà di riacquistare la sua forma originale permettendo così, in ordine inverso, di far ruotare prima il Lubecchio, poi la Lanterna e di conseguenza l’asse a cui sono ancorate le ruote posteriori.

Non tutta l’energia accumulata nell’elastico viene resa alle ruote posteriori perché l’attrito che si verifica fra le varie parti che compongono l’ingranaggio, disperde parte di questa energia, ma la forza dell’elastico è sufficiente a far muovere la Macchina.

Per ovviare, in parte, a questo problema dell’attrito e di dispersione dell’energia, ho avuto la necessità di aggiungere, all’interno dell’ingranaggio, un “cuscinetto” il quale si occupa di rendere più fluida la rotazione tra il Lubecchio e il suo supporto.

Tre piccole ruote posizionate a 120° l’una dall’altra e ancorate su di un disco, hanno il compito di ridurre la forza di attrito tra il “Lubecchio” e il supporto.

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