Allarme per la porta con cicalino

Cosa imparerà

• Che cos'è un circuito chiuso e uno aperto, e che un interruttore si limita ad aprire o chiudere il percorso della corrente.
• Quali materiali conducono l'elettricità (i metalli) e quali isolano (cartoncino, plastica).
• Che esistono interruttori «normalmente aperti» e «normalmente chiusi» e perché un allarme ha bisogno di quello giusto.
• Che il cicalino e il LED hanno una polarità (+ e −) e funzionano solo collegati in un verso.
• Come un sensore semplice (il filo e la linguetta) trasforma un movimento in un segnale.

Prepara prima

• Prova il cicalino PRIMA di cominciare: tocca con il suo filo rosso la faccia + della pila (quella con le scritte) e con il nero la faccia −. Se non suona, è passivo o è al contrario.
• Stampa la sagoma al 100 % su cartoncino (o incollala) e controlla la linea rossa di 50 mm nell'intestazione di ogni foglio.
• Spella 15 mm di ogni estremità del filo e taglia 3 spezzoni: uno di 15 cm per collegare il portabatterie alla molletta (passaggio 6), un altro di 15 cm di riserva per allungare il filo nero del cicalino se non arriva alla molletta, e uno di 25 cm per il LED dell'esperimento o per una seconda molletta (sfide).
• Tieni la pila a bottone in un posto alto fino al momento di montarla: se in casa ci sono bambini sotto i 6 anni, la mette l'adulto.

Materiali e attrezzi

• Cicalino attivo da 3 V — 1 da comprare
  «buzzer attivo» (con oscillatore), 3–5 V o 3–24 V, Ø 12 mm; filo rosso/gamba lunga = +. Consuma 5–30 mA
• Pila a bottone CR2032 — 1 da comprare
  3 V, Ø 20 mm × 3,2 mm; faccia grande con le scritte = +, faccia piccola = −
• Filo elettrico sottile — 60 cm
  unipolare o a trefoli, 0,2–0,5 mm², meglio rosso e nero (da un vecchio caricabatterie o filo da campanello)
• Nastro di alluminio — 30 cm
  da idraulico, largo 25–50 mm (conduce dalla faccia lucida)
• Molletta da bucato di legno — 1
  con molla di metallo, ≈ 7 cm
• Cartoncino — 1 foglio A4
  200–250 g/m² per la scatola; 1 ritaglio per la linguetta
• Cartoncino sottile — 1 pezzo di 3 × 7 cm
  delle scatole di cereali (portabatterie)
• Filo resistente — 50 cm
  filo da cucito grosso, filo da pesca o filo interdentale
• Nastro adesivo trasparente — 1 rotolo
  per chiudere le giunzioni e plastificare la linguetta
• Pasta adesiva o nastro di carta — 1 striscia
  per fissare la scatola e il filo alla porta senza rovinare la vernice
• Piccola pinza di metallo (da cancelleria) — 1
  per tenere chiuso il portabatterie di cartoncino
• LED rosso da 5 mm e resistenza da 100 Ω — 1 + 1 (facoltativo, esperimento) da comprare
  LED: gamba lunga = +; resistenza da 1/4 W, colori marrone-nero-marrone

Attrezzi

• Forbici — ritagliare la scatola, la linguetta e il nastro di alluminio
• Spelafili o forbici usate con attenzione — spellare 15 mm di ogni estremità del filo adulto
• Righello e penna scarica — segnare le pieghe della scatola
• Punteruolo o matita appuntita — fare il foro del suono e quello dei fili
• Colla stick o colla vinilica — chiudere le linguette della scatola

Pezzi e sagome

• A · Scatola nascondiglio (sviluppo 80 × 50 × 30 mm) ×1 — cartoncino 200–250 g/m²
• B · Portabatterie pieghevole ×1 — cartoncino sottile (scatola di cereali)
• C · Linguetta isolante ×1 — cartoncino plastificato con nastro adesivo
• D · Filo di sgancio ×1 — filo resistente

Passo passo

1. Prova il cicalino adulto

   Appoggia il filo rosso del cicalino sulla faccia + della pila CR2032 (quella grande, con le scritte) e il nero sulla faccia − (quella piccola). Deve suonare. Se non suona, girala: se ancora non suona, è un cicalino passivo e non va bene.

   Verifica: Suona forte e continuo al contatto, e smette quando stacchi un filo.

2. Costruisci la scatola

   Ritaglia il pezzo A dal cartoncino, fai il foro da 8 mm sul fronte e quello da 4 mm sul lato. Segna le pieghe con la penna scarica, piega verso l'interno e incolla le 4 linguette all'interno dei lati.

   Verifica: La scatola misura 80 × 50 × 30 mm e il coperchio si chiude infilando l'aletta.

3. Fai il portabatterie

   Ritaglia il pezzo B dal cartoncino sottile e piegalo a metà. Incolla un quadrato di nastro di alluminio di 20 × 20 mm su ogni metà, sulla faccia interna. Scrivi con il pennarello «+» su una e «−» sull'altra.

4. Collega il cicalino al portabatterie

   Appoggia la punta spellata del filo rosso del cicalino sopra la piazzola +, sul suo bordo, e fissala con un pezzo di nastro trasparente premendo bene. Così il rame tocca la faccia lucida dell'alluminio.

   Trucco: Non infilare mai il filo sotto il nastro di alluminio: la sua colla non conduce.

5. Prepara i contatti della molletta

   Taglia 2 strisce di nastro di alluminio di 15 × 40 mm. Incollane una sulla punta di ogni ganascia della molletta, avvolgendola: la faccia lucida deve restare sulla parte interna, dove le ganasce si toccano.

   Verifica: Chiudendo la molletta, l'alluminio tocca l'alluminio su entrambe le punte.

6. Cabla la molletta

   Collega il filo nero del cicalino alla striscia di alluminio di una ganascia: rame sulla faccia lucida, all'esterno della molletta, e nastro sopra. Se non arriva, allungalo con lo spezzone di riserva da 15 cm: attorciglia insieme i due rami di rame e rivestili con nastro. Collega allo stesso modo un filo di 15 cm dalla piazzola − del portabatterie alla striscia dell'altra ganascia.

   Verifica: Nessuna giunzione di rame resta coperta dalla colla dell'alluminio.

7. Prova il circuito adulto

   Metti la pila CR2032 nel portabatterie con la faccia + verso la piazzola +, chiudilo e fermalo con la pinza da cancelleria. Apri la molletta da bucato: silenzio. Lasciala: deve suonare.

   Verifica: Suona quando lasci la molletta e smette quando la apri. Se non suona mai, controlla ogni giunzione e il verso della pila.

8. Infila la linguetta

   Ritaglia la linguetta C, rivestila con nastro trasparente e lega il filo D al suo foro. Infila 10 mm di linguetta tra le ganasce: l'allarme tace.

   Verifica: Tirando piano il filo, la linguetta esce e l'allarme suona.

9. Monta tutto nella scatola

   Incolla il cicalino all'interno del fronte, con la bocca davanti al foro da 8 mm. Metti il portabatterie sul fondo. Fai uscire i due fili dal foro del lato. Metti una goccia di colla sulla coda della molletta (l'estremità dei bracci, lontano dalle ganasce) e incollala all'esterno di quel lato, vicino al foro, a metà altezza, con le ganasce rivolte verso l'esterno della scatola. Lascia asciugare 10 minuti senza aprire la molletta.

   Trucco: La sola colla regge poco lo strattone del filo: nel passaggio 10 la molletta si rinforza con una pallina di pasta adesiva contro la porta.

10. Sistema l'allarme sulla porta adulto

    Attacca la scatola con pasta adesiva dal FONDO (la faccia grande senza fori) sulla faccia della porta che dà sulla tua camera, a 1,3 m da terra (lontano dalla maniglia), con il coperchio verso di te e il lato della molletta rivolto verso il bordo lato maniglia. Mettila a circa 15 cm dal bordo: la scatola, la molletta (7 cm) e la linguetta (6 cm fuori) occupano circa 21 cm, e la punta della linguetta deve restare a ≈ 2 cm dal bordo. Metti una pallina di pasta adesiva di 1 cm tra il braccio della molletta rivolto verso la porta e la porta, senza coprire le ganasce. Chiudi la porta. Porta il filo attorno al bordo e fissalo con nastro di carta sulla faccia interna dello stipite (quella di fronte al bordo), 2 cm oltre la faccia della porta, verso il lato OPPOSTO a quello in cui si apre.

    Verifica: Con la porta chiusa il filo resta teso, la linguetta è ancora dentro la molletta e la molletta non si muove tirando piano il filo.
    Trucco: Il filo sottile passa nello spiraglio di 2–3 mm tra bordo e stipite. Se la porta si apre verso la tua camera, il filo si fissa sullo stipite dal lato del corridoio; se si apre verso il corridoio, sullo stipite dal lato della camera.

11. Prova la porta

    Da fuori, apri la porta piano e misura con il righello di quanti centimetri si è aperto il bordo quando comincia a suonare. Per farlo tacere, rimetti la linguetta nella molletta.

    Verifica: Suona prima che la porta si apra di 2 cm.

12. Mimetizza

    Decora la scatola con il colore della porta o incollaci sopra un disegno o un piccolo poster per nasconderla. Fissa il filo lungo il bordo con un pezzetto di nastro perché non si veda.

Funziona? La prova

Chiudi la porta con la linguetta inserita. Apri piano da fuori e misura l'apertura del bordo nel momento in cui comincia a suonare. Ripeti 3 volte.

Cosa deve succedere: L'allarme suona in modo continuo appena la porta si apre di 1–2 cm e non smette anche se richiudi (la linguetta ormai è uscita). Con una CR2032 nuova e un cicalino piezo attivo può suonare per diverse ore di fila.

Se qualcosa non va

• Non suona mai — Pila al contrario, giunzione con il rame sotto la colla dell'alluminio o cicalino passivo. Soluzione: Prova il cicalino direttamente sulla pila; verifica che la faccia + (scritte) guardi la piazzola + e che ogni filo tocchi la faccia lucida.
• Suona con la linguetta inserita — Gli alluminii si toccano a lato della linguetta o la linguetta è troppo stretta. Soluzione: Usa una linguetta larga 20 mm che copra tutta la punta e ritaglia l'alluminio che sporge ai lati.
• Suona debole o «roco» — Pila a bottone scarica o cicalino magnetico che chiede più corrente di quella che dà la CR2032. Soluzione: Cambia la pila o usa 2 pile stilo AA in un portabatterie (3 V).
• Bisogna aprire molto la porta perché suoni — Filo lento, troppo lungo o linguetta infilata troppo a fondo. Soluzione: Tendi il filo con la porta chiusa, verifica che vada allo stipite verso il lato opposto a quello in cui si apre la porta e infila solo 8–10 mm di linguetta.
• La scatola si stacca quando si apre — La linguetta è troppo stretta tra le ganasce e il filo trascina via la scatola dalla porta. Soluzione: Usa più pasta adesiva, una linguetta più sottile o allenta un po' la molla della molletta.
• Suona a tratti — Contatto lento nel portabatterie. Soluzione: Stringi il portabatterie con la pinza da cancelleria o con un elastico dato in 2 giri.

Sicurezza

• Le pile a bottone sono MOLTO pericolose se ingerite: in 2 ore possono ustionare l'esofago. Tienile fuori dalla portata dei bambini piccoli; la pila la deve mettere un adulto, che deve anche chiudere bene la scatola. Se sospetti che ne sia stata ingerita una, vai subito al pronto soccorso.
• Non mettere la pila a bottone in bocca e non tenerla in tasca insieme a monete o chiavi (va in cortocircuito e si scalda).
• Spellare i fili con forbici o taglierino lo fa un adulto.
• Sulla porta usa pasta adesiva o nastro di carta: il nastro americano strappa la vernice.
• Avvisa in casa di dove si trova il filo, perché nessuno ci inciampi o tiri la scatola con forza.

La scienza che c'è dietro

Per i bambini

L'elettricità è come un treno che può girare solo se il binario è intero, da un lato della pila all'altro. Il cicalino è su quel binario e suona quando passa il treno. La molletta da bucato è un ponte levatoio: finché la linguetta di cartoncino è in mezzo, il ponte è aperto e il treno non passa. Quando qualcuno apre la porta, il filo sfila la linguetta, la molletta si chiude, il ponte si completa... e suona!

Per l'adulto

Il circuito è un anello in serie: pila da 3 V → cicalino → interruttore → pila. La corrente circola solo se l'anello è continuo; la linguetta di cartoncino (isolante) tiene aperto l'interruttore e, quando la si toglie, la molla della molletta preme le due lamine di alluminio e chiude il circuito. Si tratta di un interruttore «normalmente chiuso» tenuto aperto dalla linguetta: il sensore agisce per la rimozione di un oggetto, lo stesso principio degli allarmi a «filo trappola» e del cordino di sicurezza dei tapis roulant. Un montaggio con contatti che si toccano quando la porta si chiude è un interruttore che si chiude a porta chiusa; perché avvisi all'apertura bisognerebbe aggiungere un transistor che inverta la logica. Il cicalino attivo ha un oscillatore interno che trasforma la corrente continua in una vibrazione di ≈ 2–4 kHz di una membrana piezoelettrica o magnetica; uno passivo è solo l'altoparlante e con la corrente continua fa solo un «clic». Una CR2032 (3 V, ≈ 220 mAh, resistenza interna di 10–20 Ω) alimenta bene un cicalino piezoelettrico da 5 mA per decine di ore; uno magnetico da 30 mA fa calare la tensione della pila e suona più debole. Per il LED rosso (caduta ≈ 1,8–2 V) si mette in serie una resistenza da 100 Ω: I = (3 − 2) / 100 ≈ 10 mA. Il nastro di alluminio conduce solo attraverso il metallo; l'adesivo acrilico è isolante, per questo le giunzioni devono essere metallo contro metallo.

• circuito: percorso chiuso in cui circola l'elettricità da un polo della pila all'altro.
• interruttore: componente che apre o chiude il circuito.
• conduttore: materiale che lascia passare l'elettricità, come i metalli.
• isolante: materiale che non lascia passare l'elettricità, come la carta o la plastica.
• polarità: il lato + e il lato − di una pila o di un componente.
• sensore: dispositivo che rileva un cambiamento (qui, che la porta si apre).

Per età

• 5–7 anni: L'adulto prova il cicalino, spella i fili e mette la pila. Il bambino costruisce la scatola, incolla l'alluminio sulla molletta e fa le prove di «infilare e sfilare la linguetta». Concentrati su «percorso chiuso = suona».
• 8–10 anni: Montano tutto da soli, con aiuto solo per spellare i fili e mettere la pila. Lascia che siano loro a trovare il guasto se non suona, controllando una giunzione alla volta.
• 11–12 anni: Fagli disegnare lo schema elettrico con i simboli e aggiungere il LED con la sua resistenza, calcolando la corrente. Sfida: un interruttore di sicurezza (un'altra molletta o una graffetta) per disinserire l'allarme senza togliere la pila.

In gruppo o in classe

A coppie. Materiale per coppia: 1 cicalino, 1 CR2032 (la distribuisce e la ritira l'insegnante), 1 molletta da bucato, 60 cm di filo spellato, 30 cm di nastro di alluminio, cartoncino con la sagoma. Prima: provare tutti i cicalini, spellare e tagliare i fili. Sessione di 50 min: 10 min di spiegazione del circuito con un esempio, 30 min di montaggio, 10 min di «porte trappola» provando sulla porta dell'aula e sui cassetti. Conta le pile all'inizio e alla fine.

Sfide

• Fai in modo che l'allarme smetta di suonare quando richiudi la porta (indizio: ti serve un altro tipo di interruttore o un transistor).
• Aggiungi un interruttore di inserimento/disinserimento in serie fatto con una graffetta e due puntine.
• Collega due sensori (due mollette) per sorvegliare porta e finestra: in serie o in parallelo?
• Progetta un allarme che suoni quando si solleva un oggetto (una scatola di biscotti) invece che quando si apre una porta.

Altri progetti gratis

• Fantasma che levita con l'elettricità statica
• Circuiti con pasta conduttiva
• Pila di limoni che accende un LED
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• Ventilatore da tavolo con motorino
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