Le macchine di sollevamento si possono dividere in due gruppi: complesse e semplici.
Quelle complesse sono nate più tardi e si chiamano così perché possono essere scomposte in macchine più elementari, mentre le seconde non possono essere scomposte. Inoltre le macchine semplici sono le macchine che erano già presenti nell’antichità e si basano sulla forza muscolare. Un qualunque dispositivo che oppone resistenza con la sola forza muscolare detta motrice, è una macchina semplice. Alcune esempi di macchine semplici utilizzate per la costruzione delle mura sono: leva, carrucola, verricello, argano, ruota, piano inclinato, paranco, vite.
Il guadagno di una macchina
nelle macchine semplici, si ha la forza motrice Fm che rappresenta la forza applicata dall’utilizzatore e la forza resistente Fr che è la forza da vincere o da equilibrare.
Si definisce G guadagno di una macchina il rapporto fra la forza resistente e la forza motrice: G= Fr / Fm
se la forza motrice è inferiore alla forza resistente G > 1 e la macchina si dice essere vantaggiosa.
Se la forza motrice è maggiore della forza resistente G < 1 e la macchina si dice essere svantaggiosa.
Se la forza motrice è uguale alla forza resistente G = 1 e la macchina si dice essere indifferente .
Argano
L’argano è una macchina semplice che composta da un cilindro e una ruota fissati l’uno all’altro e ruotanti attorno a un asse comune. Agiscono su esso due forze, forza motrice e forza resistente che agiscono mediante funi. La condizione di equilibrio si ottiene quando il momento delle forze per la lunghezza del rispettivo braccio e il raggio della base del cilindro sono uguali e opposti. L’argano quindi, è una leva di terzo genere, perché la forza motrice viene applicata tra la forza resistente, la fune, e la forza motrice, la manovella, ed è sempre svantaggiosa. Ciononostante può essere usato per trascinare o sollevare grandi pesi utilizzando una forza motrice poco minore della forza resistente.
Piano inclinato
Il piano inclinato è una macchina che permette il sollevamento di corpi costituita da una superficie inclinata che collega il piano su cui è posto il corpo da sollevare con quello in cui lo stesso corpo deve essere spostato. Il sollevamento di corpi avviene facendoli scorrere sul piano applicando una forza motrice più piccola. Sul piano inclinato la resistenza si scompone in due e così la potenza deve contrastare solo la resistenza Fpx parallela al piano inclinato. Per effetto della scomposizione delle forze, la forza necessaria per muovere un corpo su di un piano inclinato è sempre minore di quella che occorrerebbe per sollevarlo. Di conseguenza minore è l’angolo d’inclinazione del piano e minore è la potenza da applicare.
Verricello
il verricello è una leva di primo genere vantaggiosa, è una macchina che serve a movimentare pesi tramite l’utilizzo di fune o catena ed è un cilindro orizzontale che, fatto ruotare, avvolge la fune sulla quale è applicata la resistenza. La potenza ha un braccio tanto maggiore di quello della resistenza quanto più lunga è la manovella. La potenza viene applicata alla manovella attaccata al tamburo che ruota grazie ad un ingranaggio che moltiplica la forza di entrata. Il verricello viene largamente impiegato per il sollevamento di corpi e per il tensionamento di funi.
Carrucola
il suo uso principalmente è il sollevamento di carichi. Possiamo trovare la carrucola sia fissa che anche mobile. La carrucola fissa può’ essere considerata una leva in quanto rimane fissa nel suo centro ‘o’, e le vengono applicate la forza traente e un carico nella quale i due bracci sono uguali. Su di essa scorre una fune alle cui estremità agiscono la forza resistente Fr e la forza motrice Fm .
Quindi in una carrucola fissa, per equilibrare la forza resistente si deve applicare una forza motrice della stessa intensità. Il guadagno G=Fr/Fm è pari ad 1 e pertanto tale macchina è indifferente in relazione al vantaggio meccanico. La carrucola mobile invece è considerata una leva di secondo genere a cui sono applicate una forza con braccio della forza motrice doppio a quello della forza resistente.
Paranco
Il paranco o carrucola composta è costituito da un sistema di carrucole collegate da funi e catene mediante il quale si riduce la forza necessaria per il sollevamento del peso; il fattore di riduzione dello sforzo dipende dal numero delle carrucole utilizzate. Veniva utilizzato per sollevare oggetti molto pesanti come pietre, colonne o in generale elementi architettonici, infatti ha la funzione di amplificare la forza umana
