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Veicoli e vologratis

Auto a palloncino

Un'auto leggera di cartone di 15 cm con ruote fatte di tappi e un palloncino montato su una cannuccia: quando lo lasci andare, il getto d'aria esce all'indietro e l'auto schizza in avanti e percorre 3–6 m senza pile né motore.

Difficoltà★★☆☆☆
Età6–10 anni (6–7 con un adulto che fora i tappi)
Tempo45–60 min (+ 10 min di prove e regolazioni)
Aiuto dell'adultoBassa-media: forare il centro dei tappi e, se si usa, la pistola per colla a caldo.
Dimensioni finali15 × 11,5 × 3,5 cm senza palloncino (lunghezza × larghezza × altezza); con il palloncino gonfio, circa 20 cm di altezza
Auto a palloncino

Cosa imparerà

  • Il terzo principio di Newton: il palloncino spinge l'aria all'indietro e l'aria spinge l'auto in avanti.
  • Che l'attrito degli assi e il peso frenano l'auto: un'auto leggera e con ruote libere arriva molto più lontano.
  • Che il getto deve uscire dritto e all'altezza dell'auto perché vada in linea retta.
  • A misurare distanze, ripetere le prove e confrontare i risultati cambiando una sola cosa alla volta.

Prepara prima

  • Stampa la sagoma al 100 % e verifica che il telaio misuri 150 mm di lunghezza.
  • Fora i 4 tappi al centro prima dell'attività se i bambini sono piccoli.
  • Verifica che lo spiedino giri libero dentro la cannuccia; se sfrega, cerca cannucce più larghe.
  • Trova una pista liscia di almeno 5 m (corridoio, palestra, terrazzo) e tieni pronto del nastro di carta per segnare la partenza.
  • Tieni dei palloncini di ricambio: quelli più usati si bucano o si sfiancano.

Materiali e attrezzi

  • Cartone ondulato — 1 pezzo di 16 × 9 cm
    a onda singola, 3 mm (scatola da spedizione), piatto e senza grinze
  • Ritagli di cartoncino o cartoncino sottile — 2 strisce: 20 × 2 cm e 10 × 2 cm
    scatola di cereali; quella da 20 cm serve a misurare il diametro del palloncino e quella da 10 cm si arrotola a rotolino sotto il collo
  • Tappi di plastica — 4
    uguali, Ø 30 mm (bottiglia d'acqua o di bibita)
  • Spiedini di legno — 2
    Ø 3 mm, dritti
  • Cannucce dritte — 3
    Ø 6 mm: 2 per le boccole e 1 per l'ugello (senza parte pieghevole o tagliandola via)
  • Palloncino — 2 (uno di ricambio)
    rotondo da 25–30 cm (12"), in lattice
  • Elastici sottili — 2
    da ufficio, per fissare il palloncino alla cannuccia
  • Nastro adesivo — 1 rotolo
    da imballaggio o nastro di carta
  • Stick di colla a caldo o colla vinilica — 1 stick
    per fissare i tappi all'asse

Attrezzi

  • Righello e matita — segnare le linee degli assi
  • Forbici — tagliare telaio e cannucce
  • Punteruolo, chiodo da 3 mm o trapano con punta da 2,5 mm — forare il centro dei tappi adulto
  • Pistola per colla a caldo — fissare i tappi agli assi adulto
  • Metro a nastro da 5 m — misurare la distanza percorsa

Pezzi e sagome

  • A · Telaio ×1 — cartone ondulato 3 mm
  • B · Cannucce boccola ×2 — cannuccia Ø 6 mm
  • C · Assi ×2 — spiedino di legno Ø 3 mm
  • D · Cannuccia ugello ×1 — cannuccia Ø 6 mm
  • E · Centratore per tappi ×4 — carta

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Passo passo

  1. Taglia il telaio

    Incolla la sagoma A sul cartone con la colla stick, con le onde nel senso della larghezza, e ritaglia il rettangolo di 80 × 150 mm con le forbici.

    Aonde in larghezza
    1 Incolla la sagoma A con le onde del cartone nel senso della larghezza
    A
    2 Ritaglia il rettangolo lungo la linea con le forbici
    A80 mm150 mm
    3 Telaio di 80 × 150 mm che non si piega quando lo tieni
    Verifica: Tenendolo da un'estremità non si piega.
  2. Segna gli assi sotto

    Gira il telaio e traccia con il righello due linee nel senso della larghezza: una a 25 mm dal bordo anteriore e l'altra a 117 mm. Lì andranno le boccole.

    Alato sotto
    1 Gira il telaio: lavori sul lato di sotto
    DAVANTI ↑25117 mmasse anterioreasse posteriore
    2 Traccia con il righello due linee a 25 e 117 mm dal bordo anteriore
  3. Incolla le boccole

    Taglia due cannucce da 80 mm (B) e incolla ognuna sulla sua linea con due strisce di nastro adesivo incrociate sopra, senza schiacciarle.

    80 mmB × 2
    1 Taglia due pezzi di cannuccia da 80 mm (B)
    DAVANTI ↑nastroB
    2 Fissa ogni cannuccia sulla sua linea con due strisce di nastro, senza schiacciare
    DAVANTI ↑92 mm92 mm
    3 Misura 92 mm tra le cannucce a entrambe le estremità
    Verifica: Le due cannucce sono parallele: misura 92 mm tra loro a entrambe le estremità.
  4. Fora i tappi adulto

    Metti il centratore E in ogni tappo e segna il centro. Appoggia il tappo su un pezzo di legno e foralo con un chiodo da 3 mm o una punta da 2,5 mm, così lo spiedino entra stretto.

    EØ 27 mm
    1 Metti il centratore E nel tappo e segna il centro
    legnochiodo 3 mm
    2 Con il tappo capovolto su un pezzo di legno, fora con un chiodo
    entra stretto
    3 Lo spiedino deve entrare stretto nel foro
  5. Monta gli assi e le ruote adulto

    Taglia due spiedini da 110 mm (C) e infilali nelle cannucce. Infila un tappo su ogni estremità, con l'apertura verso l'interno, lasciando 2 mm di gioco dal telaio, e fissalo con una goccia di colla a caldo.

    110 mmC × 2, senza punta
    1 Taglia due spiedini da 110 mm e togli la punta
    2 mmapertura verso l'internovista frontale
    2 Tappo su ogni estremità, apertura verso l'interno, a 2 mm, con colla a caldo
    ≥ 1 m
    3 Spingila piano: deve rotolare 1 m in linea retta
    Verifica: Spingi piano l'auto sul tavolo: deve rotolare almeno 1 m in linea retta.
  6. Prepara l'ugello

    Taglia una cannuccia dritta da 150 mm (D). Infila 10 mm di cannuccia nel collo del palloncino e avvolgi un elastico 4–5 giri stretti sul collo; copri con un giro di nastro.

    150 mmD
    1 Taglia una cannuccia dritta da 150 mm (D)
    10 mmelastico 4–5 giri
    2 Infila 10 mm di cannuccia nel collo e fai 4–5 giri di elastico
    soffianessuna perdita dal collo
    3 Copri con nastro e soffia: il palloncino si gonfia senza perdite
    Verifica: Soffia nella cannuccia: il palloncino si gonfia e l'aria non esce dal collo.
  7. Incolla l'ugello sul telaio

    Metti la cannuccia sulla linea centrale del telaio, con il palloncino in avanti e 20 mm di cannuccia che sporgono oltre il bordo posteriore. Fissala con 3 strisce di nastro: davanti, in mezzo e vicino al bordo posteriore.

    A20 mmD
    1 Metti la cannuccia sulla linea centrale, palloncino davanti e 20 mm fuori
    123
    2 Fissala con 3 strisce di nastro: davanti, in mezzo e dietro
    da dietrougello centrato
    3 Guardala da dietro: punta dritta all'indietro, né storta né in basso
    Trucco: Guarda l'auto da dietro: la cannuccia deve puntare dritta all'indietro, né di lato né verso il pavimento.
  8. Verifica che il palloncino non sfreghi

    Gonfia il palloncino a metà e guardalo di lato: dato che l'ugello è a soli 24 mm da terra, il palloncino gonfio non ci sta sotto e sale sopra il muso. Non deve toccare le ruote anteriori né il pavimento. Se tocca, arrotola la striscia di 10 × 2 cm in un rotolino alto circa 2 cm e fissalo con nastro sul telaio, sotto il collo del palloncino, per sollevarlo.

    non tocca
    1 Gonfia a metà: il palloncino non tocca le ruote né il pavimento
    sfrega
    2 Se sfrega sulla ruota o sul pavimento, frena l'auto
    2 cmrotolino di cartone
    3 Solleva il collo con un rotolino di cartone di 2 cm
  9. Gonfia e chiudi

    Soffia nella cannuccia finché il palloncino misura circa 20 cm di diametro (verificalo con la striscia di cartone da 20 cm); resterà sollevato sopra l'auto. Chiudi l'estremità della cannuccia con il dito appena smetti di soffiare.

    ≈ 20 cmsoffia
    1 Soffia nella cannuccia finché il palloncino misura circa 20 cm
    dito
    2 Chiudi la punta della cannuccia con il dito quando smetti di soffiare
    Trucco: Ogni bambino soffia nella propria auto (o usa una pompetta per palloncini attraverso la cannuccia).
  10. Lascia andare e misura

    Appoggia l'auto sulla linea di partenza, puntata lungo la pista, e togli il dito senza spingere. Segna con il nastro dove si ferma e misura la distanza con il metro a nastro.

    partenzaavanzaaria
    1 Appoggiala alla partenza e togli il dito senza spingere
    partenza3–6 m
    2 Segna dove si ferma e misura la distanza con il metro a nastro
    Verifica: L'auto avanza in linea quasi retta per 3 m o più su un pavimento liscio.
  11. Regola e ripeti

    Se devia, raddrizza la cannuccia; se si ferma presto, verifica che le ruote girino libere. Ripeti 3 volte con il palloncino gonfiato allo stesso modo (misura il diametro con la striscia di cartone da 20 cm) e calcola la media.

    1 Se devia, raddrizza la cannuccia perché punti dritta
    2 Gira ogni ruota con il dito: deve girare libera
    14,1 m23,8 m34,3 mmedia4,1 mpalloncino sempre gonfio uguale
    3 Ripeti 3 volte con il palloncino gonfiato uguale e calcola la media

Funziona? La prova

Su un pavimento liscio, segna una partenza con il nastro. Gonfia il palloncino fino a 20 cm di diametro (misuralo con una striscia di cartone da 20 cm), lascialo andare e misura la distanza. Ripeti 3 volte.

Cosa deve succedere: L'auto parte di scatto, il palloncino si svuota in circa 2–3 s e percorre 3–6 m su pavimento liscio (meno su tappeto). Deve andare quasi dritta (deviazione < 50 cm su 3 m).

Se qualcosa non va

  • L'auto non si muove o avanza di pochi centimetri — Ruote che sfregano contro il telaio o assi storti che frenano nelle cannucce. Soluzione: Verifica che ogni ruota giri da sola con un colpetto del dito; allontana i tappi di 2 mm dal telaio e raddrizza le cannucce.
  • Gira in tondo — La cannuccia non punta dritta all'indietro o gli assi non sono paralleli. Soluzione: Allinea la cannuccia con la linea centrale e misura di nuovo 92 mm tra gli assi su entrambi i lati.
  • Alza il muso o si pianta — L'ugello è inclinato verso il basso o verso l'alto. Soluzione: Incolla la cannuccia piatta sul telaio per tutta la sua lunghezza; il getto deve uscire orizzontale.
  • Il palloncino si sgonfia prima di lasciarlo andare — Perdita dal collo del palloncino. Soluzione: Fai più giri di elastico e copri con nastro; verifica soffiando con l'auto in mano.
  • Il palloncino striscia per terra o frena le ruote — Il palloncino pende davanti al telaio. Soluzione: Solleva il collo del palloncino con un rotolino di cartone o usa un palloncino un po' più piccolo.
  • Le ruote slittano alla partenza — Auto troppo leggera su un pavimento molto liscio. Soluzione: Metti un elastico sottile intorno a ogni tappo posteriore come pneumatico.

Sicurezza

  • Palloncini: sotto gli 8 anni sempre con un adulto. Un palloncino sgonfio o un pezzo di palloncino rotto può soffocare; raccogli subito i resti.
  • Ogni bambino soffia solo nella propria cannuccia; non condividete palloncini gonfiati con la bocca.
  • Forare i tappi con chiodo o trapano lo fa un adulto, con il tappo appoggiato su un pezzo di legno.
  • La colla a caldo scotta: la applica l'adulto.
  • Le punte degli spiedini pungono: tagliale prima di montare.
  • Le persone allergiche al lattice devono usare palloncini senza lattice.

La scienza che c'è dietro

Per i bambini

Il palloncino gonfio sta stringendo l'aria che ha dentro, come quando strizzi una spugna. Quando togli il dito, l'aria schizza fuori all'indietro dalla cannuccia, e spingendo l'aria all'indietro, l'aria spinge l'auto in avanti. È la stessa cosa che succede se sei su un monopattino e lanci una palla pesante: tu vai dall'altra parte. Per questo più aria tieni nel palloncino, più a lungo spinge e più lontano arriva l'auto.

Per l'adulto

La gomma tesa del palloncino mantiene l'aria a una sovrapressione di ≈ 2–5 kPa. Aprendo l'ugello, l'aria esce a una velocità v ≈ √(2Δp/ρ) ≈ 60–90 m/s; la spinta è il flusso di quantità di moto, F ≈ ṁ·v ≈ 2·Δp·A, che con una cannuccia da 6 mm (A ≈ 2,8·10⁻⁵ m²) dà ≈ 0,1–0,2 N. Con una massa totale di ≈ 40 g, l'accelerazione iniziale è di diversi m/s². Un palloncino da 20 cm contiene ≈ 4 l e si svuota in ≈ 2–3 s; poi l'auto prosegue per inerzia finché l'attrito non la ferma. Per questo contano tanto la massa (a = F/m) quanto le perdite: attrito nelle boccole, rotolamento e la resistenza dell'aria del palloncino stesso. L'ugello deve essere allineato con il centro di massa e parallelo al suolo: se la spinta non passa per il centro di massa, genera una coppia che fa girare o beccheggiare l'auto. È il terzo principio di Newton e il principio di conservazione della quantità di moto, lo stesso che usano razzi e aerei a reazione.

  • azione e reazione: se spingi qualcosa, quel qualcosa spinge te con la stessa forza nel verso opposto.
  • propulsione: forza che fa avanzare un veicolo.
  • ugello: tubo da cui esce il getto di un motore a reazione (qui, la cannuccia).
  • attrito: forza che frena quando due cose sfregano tra loro.
  • inerzia: tendenza delle cose a continuare a muoversi (o a restare ferme) se niente le frena.

Per età

  • 5–7 anni: L'adulto prepara telaio, boccole e ruote montate. Il bambino incolla la cannuccia, fissa il palloncino con l'elastico (con aiuto), soffia e lascia andare. Concentrati su «l'aria va indietro, l'auto va avanti».
  • 8–10 anni: La costruiscono completa (foratura con l'adulto), misurano le distanze e provano due variabili.
  • 11–12 anni: Cronometrano e calcolano la velocità media; provano tre ugelli e fanno un grafico. Sfida: stimare la spinta appendendo l'auto a un filo come un pendolo e misurando di quanto si sposta.

In gruppo o in classe

A coppie, un'auto per coppia e 2 palloncini per bambino. Prima: forare i tappi, tagliare spiedini e cannucce, preparare una pista di 6 m con un metro a nastro fissato al pavimento. Attività di 60 min: 10 min di dimostrazione, 30 min di montaggio, 20 min di prove e grande gara finale (tre lanci per auto; vince la media migliore).

Sfide

  • Fai una carrozzeria leggera di cartoncino senza che l'auto pesi più di 20 g in più.
  • Monta due palloncini con due cannucce parallele: arriva lontano il doppio?
  • Fai percorrere all'auto esattamente 5 m (precisione, non distanza massima).
  • Progetta un'auto a tre ruote e confronta la sua stabilità.

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