La carrucola spiegata ai bambini
Hai mai visto un secchio che sale da un pozzo tirando una corda? O una bandiera che viene issata sul pennone della scuola? O un'enorme gru che solleva travi pesantissime in un cantiere? In tutti questi casi c'è un piccolo aiutante nascosto: la carrucola. È una delle invenzioni più semplici e geniali della storia, e la usiamo da migliaia di anni.
In questa pagina scopriamo che cos'è una carrucola, come funziona, perché ci fa fare meno fatica, quali tipi di carrucola esistono e dove la troviamo ogni giorno. Scopriremo anche come l'hanno usata Archimede e Brunelleschi. Alla fine trovi un esperimento per costruirne una con un rocchetto di filo.
Che cos'è una carrucola
La carrucola è una ruota che può girare intorno a un perno, con un solco lungo il bordo, cioè una specie di canaletta, dentro cui scorre una corda, un cavo o una catena. Da una parte della corda c'è il peso da sollevare, dall'altra la forza di chi tira.
La carrucola fa parte delle macchine semplici: strumenti elementari, senza motore, che ci aiutano a fare un lavoro con meno fatica o in modo più comodo. Le macchine semplici sono sei: la leva, il piano inclinato, la ruota, la carrucola, il cuneo e la vite. Quasi tutte le macchine complicate che conosciamo sono fatte combinando queste sei!
La carrucola fissa
La carrucola fissa è attaccata a un punto che non si muove, per esempio una trave in alto. La corda passa sopra la ruota: da un lato c'è il peso, dall'altro tiriamo noi.
Questa carrucola non diminuisce la forza che serve: per sollevare un secchio da 10 chili bisogna tirare con la forza necessaria per 10 chili. Ma allora a cosa serve? Serve a cambiare la direzione della forza! Invece di tirare il secchio verso l'alto, cosa scomoda, possiamo tirare la corda verso il basso, usando anche il peso del nostro corpo. È molto più facile e comodo. La carrucola del pozzo e quella della bandiera sono carrucole fisse.
La carrucola mobile
La carrucola mobile invece non è attaccata a un punto fisso: si muove insieme al peso, che è appeso direttamente a lei. Un capo della corda è legato in alto, e la corda passa sotto la ruota prima di arrivare a chi tira.
In questo caso il peso è sostenuto da due tratti di corda, e ognuno ne regge metà. Così, per sollevare un peso di 10 chili, basta la forza che servirebbe per circa 5 chili! Però c'è un "prezzo" da pagare: bisogna tirare il doppio della corda. Per alzare il peso di un metro, devi tirare due metri di corda. In fisica funziona sempre così: quello che risparmi in forza, lo paghi in distanza.
Il paranco: tante carrucole insieme
Se si mettono insieme più carrucole fisse e mobili, si ottiene un paranco. Più carrucole ci sono, più la forza necessaria diminuisce, e più corda bisogna tirare. Con un buon paranco una sola persona può sollevare pesi enormi, come un motore d'automobile o una barca.
Si racconta che lo scienziato greco Archimede, più di 2.000 anni fa, a Siracusa, volle dimostrare al suo re la potenza delle macchine semplici. Con un sistema di carrucole riuscì a trascinare da solo, tirando una corda con calma, una grande nave carica di persone e di merci, che molti uomini insieme avrebbero spostato a fatica!
Brunelleschi e la cupola di Firenze
Le carrucole sono state fondamentali anche per costruire alcuni dei monumenti più famosi d'Italia. Quando Filippo Brunelleschi, circa 600 anni fa, costruì l'enorme cupola del Duomo di Firenze, dovette portare in alto milioni di mattoni e blocchi di pietra pesantissimi. Inventò allora delle macchine geniali, fatte di ruote, carrucole e corde, mosse da buoi che giravano in cerchio. Una di queste aveva perfino una specie di "retromarcia", che permetteva di far salire o scendere i carichi senza dover girare i buoi dall'altra parte. Anche Leonardo da Vinci, da giovane, rimase affascinato da queste macchine e le disegnò nei suoi quaderni.
Dove troviamo le carrucole ogni giorno
- Il pozzo: la carrucola aiuta a tirare su il secchio pieno d'acqua.
- L'asta della bandiera: in cima c'è una carrucola, così si può issare la bandiera tirando la corda dal basso.
- Le tende e le tapparelle: molte funzionano con piccole carrucole nascoste.
- Le gru dei cantieri e dei porti: usano grandi paranchi per sollevare carichi pesantissimi.
- Gli ascensori: la cabina è appesa a cavi d'acciaio che passano su grandi carrucole, con un contrappeso dall'altra parte.
- Le barche a vela: i marinai usano tante carrucole, chiamate bozzelli, per alzare e regolare le vele.
- Le macchine della palestra: i pesi si sollevano tirando cavi che passano su carrucole.
- L'arrampicata: chi fa arrampicata in palestra è assicurato con una corda che passa in alto, proprio come su una carrucola.
E l'attrito?
Una carrucola funziona meglio se la ruota gira liberamente. Se il perno è arrugginito o sporco, l'attrito rende tutto più faticoso. Per questo le carrucole si puliscono e si ungono con olio o grasso, e quelle moderne hanno dei cuscinetti a sfera che le fanno girare quasi senza sforzo.
Esperimenti, film e attività sulla carrucola
Da fare: costruisci una carrucola
- Ti servono un rocchetto di filo vuoto, una matita o un bastoncino, dello spago e un piccolo secchiello o un bicchiere di plastica con un manico di spago. Infila la matita nel buco del rocchetto: ecco la tua ruota con il perno! Appoggia le due estremità della matita tra due sedie, fai passare lo spago sopra il rocchetto e lega il secchiello da una parte. Metti nel secchiello delle biglie o dei tappi e tira dall'altra parte: il secchiello sale! Prova poi a costruire una carrucola mobile con un secondo rocchetto: senti la differenza di fatica?
Da guardare
- Rapunzel - L'intreccio della torre (Disney): la madre Gothel sale nella torre facendosi tirare su dai lunghissimi capelli di Rapunzel, che passano su un gancio vicino alla finestra. Rapunzel tira verso il basso e Gothel sale: è proprio come una carrucola fissa! Nella realtà, però, i capelli non reggerebbero... e il collo nemmeno!
Da osservare
- Fai una "caccia alla carrucola": in casa, a scuola, al parco giochi o in un cantiere, quante carrucole riesci a trovare in una settimana? Scrivi dove le hai viste e che lavoro fanno.
Il genio di Leonardo da Vinci ha studiato anche le macchine che si muovono da sole: scoprilo in il robot spiegato ai bambini.
In breve: la carrucola in 5 punti
- La carrucola è una ruota con un solco dove scorre una corda, e fa parte delle macchine semplici.
- La carrucola fissa cambia la direzione della forza: si tira verso il basso per sollevare verso l'alto.
- La carrucola mobile dimezza la forza necessaria, ma bisogna tirare il doppio della corda.
- Più carrucole insieme formano un paranco, che permette di sollevare pesi enormi.
- Le usiamo nei pozzi, nelle bandiere, nelle gru, negli ascensori e sulle barche a vela.
Domande frequenti sulla carrucola
Che cos'è una carrucola?
È una macchina semplice formata da una ruota con un solco sul bordo, in cui scorre una corda, che serve a sollevare pesi con più facilità.
Che differenza c'è tra carrucola fissa e mobile?
La carrucola fissa resta ferma e cambia solo la direzione della forza. La carrucola mobile si muove con il peso e riduce a metà la forza necessaria.
Che cos'è un paranco?
È un sistema formato da più carrucole insieme, che permette di sollevare carichi molto pesanti con poca forza.
Dove si usano le carrucole?
Nei pozzi, nelle aste delle bandiere, nelle gru, negli ascensori, sulle barche a vela e nelle macchine della palestra.
