Modello della vite e piano iclinato

Abbiamo preso un foglio di carta ed abbiamo avvolto un tubo di cartone (il cilindro interno dello Scottex o della carta igienica vanno benissimo), in modo da riprodurne esattamente la superficie laterale.

Poi abbiamo diviso il foglio in strisce e poi in triangoli rettangoli. Abbiamo ritagliato i triangoli e li abbiamo disposti sul tavolo in modo da allineare le ipotenuse: si otteneva una "rampa". Incollando i triangoli sul cilindro si otteneva un avvolgimento elicoidale. La "rampa" assumeva una forma a spirale.

Guardando da vicino le viti ci siamo accorti che sono fatte così, con un piano inclinato avvolto a spirale. Una vite è una barra cilindrica con un filetto elicoidale inciso sulla superficie, che si usa per unire oggetti tra loro. È una macchina semplice che trasforma il moto circolare in moto rettilineo. L'invenzione della vite è comunemente attribuita al matematico greco Archita. Già nel I secolo a.C. si usavano viti di legno. Il bullone è l'accoppiamento smontabile costituito da una vite e da un dado. Il filetto si chiama anche verme o pane (ecco perché si dice che una vite rovinata è spanata).

Adesso studiamo il piano inclinato.
MATERIALI: tre morsetti, base, asta, carrucola, carrello, dinamometro, righello, piano inclinato. PROCEDIMENTO: montiamo il dispositivo. Attacchiamo l’asta sulla base. Sull’asta mettiamo un morsetto e poi ci attacchiamo il dinamometro. Sotto di esso mettiamo la carrucola dove facciamo passare un filo. Poi lo colleghiamo con il piano metallico lungo 30 cm. Poi sul piano appoggiamo il carrello e leggiamo il peso. Poi man mano aumentiamo l’altezza del piano e misuriamo ogni volta la variazione di peso.
OSSERVAZIONI: il nostro piano era di lunghezza l=30 cm, mentre il carrellino pesava, quando lo abbiamo agganciato al dinamometro, 74 g.  Abbiamo visto che diminuendo l'altezza h del piano, diminuiva il  peso del carrello. Poi abbiamo calcolato h/l con i diversi valori di h e P sul piano/P. (inserire i dati sperimentali e le conclusioni)

Studia ancora il piano inclinato con un'animazione.
E per finire un utile cartone animato in inglese Le immagini vi aiutano se non capite tutto. Intanto impariamo qualche parola nuova: inclined plane (leggi: ɪn'klaɪn'd pleɪn) =piano inclinato, lever=leva, pulley= carrucola, friction=attrito, mechanical advantage=vantaggio meccanico, screw=vite, wheel=ruota. Concentrati prima sulle immagini, poi leggi sotto.
L'omino deve sollevare 800 N sul pianale del camion ad 1 metro da terra e deve esercitare una forza di 800 N per eseguire questo lavoro.
Ma non ce la fa a sollevare il barile: per riuscirci, dovrebbe dividere il peso in 4: 4 contenitori da 200N ciascuno. Oppure cosa potrebbe fare? Usare un piano inclinato! E' magia? NO, equivale a dividere il peso in 4 parti: invece di alzarlo in verticale per 1m, lo spinge per 4 metri sul piano. Quadruplica la distanza, ma la forza diventa 1/4.

Per concludere: se prendiamo un piano inclinato e lo arrotoliamo intorno a un cilindro, abbiamo una vite. La pendenza del piano determina il passo della vite: più la pendenza del piano è piccola, più piccolo è il passo e più grande il numero di giri che bisogna fare per avanzare di un centimetro.  Con una piccola forza possiamo vincere una grande resistenza! Possiamo far penetrare una vite nel legno girando un cacciavite con la sola forza della mano (potresti piantare un chiodo con la sola forza della mano?).