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.
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
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.
1 Incolla la sagoma A con le onde del cartone nel senso della larghezza 2 Ritaglia il rettangolo lungo la linea con le forbici 3 Telaio di 80 × 150 mm che non si piega quando lo tieni Verifica: Tenendolo da un'estremità non si piega.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.
1 Gira il telaio: lavori sul lato di sotto 2 Traccia con il righello due linee a 25 e 117 mm dal bordo anteriore 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.
1 Taglia due pezzi di cannuccia da 80 mm (B) 2 Fissa ogni cannuccia sulla sua linea con due strisce di nastro, senza schiacciare 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.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.
1 Metti il centratore E nel tappo e segna il centro 2 Con il tappo capovolto su un pezzo di legno, fora con un chiodo 3 Lo spiedino deve entrare stretto nel foro 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.
1 Taglia due spiedini da 110 mm e togli la punta 2 Tappo su ogni estremità, apertura verso l'interno, a 2 mm, con colla a caldo 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.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.
1 Taglia una cannuccia dritta da 150 mm (D) 2 Infila 10 mm di cannuccia nel collo e fai 4–5 giri di elastico 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.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.
1 Metti la cannuccia sulla linea centrale, palloncino davanti e 20 mm fuori 2 Fissala con 3 strisce di nastro: davanti, in mezzo e dietro 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.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.
1 Gonfia a metà: il palloncino non tocca le ruote né il pavimento 2 Se sfrega sulla ruota o sul pavimento, frena l'auto 3 Solleva il collo con un rotolino di cartone di 2 cm 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.
1 Soffia nella cannuccia finché il palloncino misura circa 20 cm 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).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.
1 Appoggiala alla partenza e togli il dito senza spingere 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.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 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.