STEP #04 - Il principio fisico

Il principio fisico - IL VINCOLO TRIPLO

Nel 1958, Godtfred Kirk Kristiansen e il capo dell'ufficio vendite tedesco Axel Thomsen discussero di possibili soluzioni al problema della stabilità menzionato nel feedback dei mercati: infatti, fino a quel momento, tutti i mattoncini erano cavi, riducendo la stabilità dei modelli costruiti e questo generava lamentele. Tra le possibili soluzioni furono disegnati i tubi che tutti noi conosciamo oggi: i perni e i tubi combinati fra loro creano la potenza della frizione, la quale offre stabilità e infinite possibilità di assemblare i mattoncini. Con il nuovo principio “stud and tube”, brevettato il 28 gennaio 1958 come “un elemento da costruzione giocattolo”, è possibile combinare sei mattoncini 2x4 in 915.103.765 modi diversi. 

L'ingegnoso principio inventato si basa sull’incastro (dal latino in-castrare, “tagliare dentro”), in statica questo indica la connessione che impedisce ogni movimento assoluto di un elemento (incastro esterno) o ogni movimento relativo tra due o più elementi (incastro interno). In meccanica invece il termine indica la schematizzazione di ogni tipo di connessione (vincolo) in grado di bloccare tutte le componenti di movimento di un elemento strutturale. 

Nel caso di strutture piane i gradi di libertà impediti sono tre: la traslazione orizzontale, la traslazione verticale e la rotazione e, di conseguenza, le reazioni del vincolo sulla struttura sono due forze, una orizzontale e una verticale, e un momento d’incastro. Tipicamente, l’incastro è inteso come vincolo esterno che impedisce traslazioni e rotazioni assolute. 

Un incastro, nella meccanica ed in particolare in uno spazio a due dimensioni, è quindi un vincolo di tipo triplo, che impone tre equazioni di vincolo ed elimina tutti e tre i gradi di libertà: la rotazione attorno all'asse d'incastro e la traslazione lungo la normale al piano d'incastro (y) e al piano d'incastro stesso (x). In uno spazio a tre dimensioni l'incastro eliminerà quindi sei gradi di libertà. Inoltre il centro di rotazione assoluta non esiste, perché questo vincolo annulla ogni tipo di spostamento.

Sitografia:

Lego, https://www.lego.com/en-us/history/ <ultimo accesso 14/11/2021>

Wikipedia, https://it.wikipedia.org/wiki/Incastro_(meccanica) <ultimo accesso 14/11/2021>

Teknoring, https://www.teknoring.com/wikitecnica/costruzioni/incastro/ <ultimo accesso 14/11/2021>

Immagini:

A sinistra: il brevetto LEGO