Catapulta a leva

Cosa imparerà

• Che cos'è una leva, il suo fulcro e come un braccio corto mosso velocemente fa andare il braccio lungo ancora più veloce.
• Che un elastico teso immagazzina energia (energia elastica) e la restituisce quando lo lasci.
• Che l'angolo di lancio cambia la distanza: c'è un angolo con cui si arriva più lontano.
• A misurare distanze, ripetere le prove e confrontare i risultati con una tabella.

Prepara prima

• Stampa le sagome al 100 % e verifica con il righello la linea rossa da 50 mm dell'intestazione.
• Piega un po' il cucchiaio con le mani: se scricchiola o sbianca, è di polistirene e si può rompere; tieni un ricambio o un bastoncino da gelato per rinforzarlo.
• Prepara 5–6 palline di carta stagnola ben pressate, di circa 2 cm.
• Cerca un corridoio o un cortile di almeno 3 m libero da oggetti fragili e segna la linea di tiro con il nastro.

Materiali e attrezzi

• Cartone ondulato — 1 foglio da 25 × 30 cm
  a onda singola, 3–4 mm (scatola da spedizione)
• Cucchiaio di plastica — 1 (+1 di ricambio)
  da dessert o normale, 12–17 cm; meglio in polipropilene (quello che si piega senza rompersi)
• Elastico sottile — 2
  da ufficio, Ø 60–80 mm non teso, largo ≈ 1,5 mm
• Tappi di plastica — 2
  di bottiglia d'acqua, Ø ≈ 30 mm, alti ≈ 12 mm (fermi per l'angolo)
• Nastro americano o telato — ≈ 20 cm
  per la cerniera del cucchiaio (tiene meglio del nastro trasparente)
• Colla vinilica o colla a caldo — un po'
  per incollare gli strati della base e il cavalletto
• Carta stagnola (alluminio) — 3 pezzi da 15 × 15 cm
  per fare palline di Ø 15–20 mm (≈ 1–2 g)
• Nastro di carta — 1 m
  per segnare sul pavimento la linea di tiro e ogni metro

Attrezzi

• Righello e matita — segnare le linee della base e le pieghe
• Forbici — tagliare il cavalletto e le tacche
• Taglierino e tappetino da taglio — tagliare le basi dritte adulto
• Penna scarica — segnare le pieghe del cavalletto
• Metro a nastro — misurare la distanza di ogni lancio

Pezzi e sagome

• A · Base con tacche per l'elastico ×2 — cartone ondulato 3–4 mm
• B · Cavalletto (fulcro da 40 mm) ×1 — cartone ondulato 3–4 mm
• C · Bersaglio a punti ×1 — carta o cartoncino
• D · Proiettili ×5 — carta stagnola

Passo passo

1. Taglia e incolla la base adulto

   Taglia i 2 pezzi A da 100 × 200 mm con le loro tacche a V a 44 mm da un'estremità. Incollali uno sull'altro con le onde incrociate e metti sopra un libro per 10 minuti.

   Verifica: La base non si piega quando la tieni per una punta.

2. Segna le linee

   Incolla sopra la sagoma o segna con il righello: elastico (tacche) a 44 mm dall'estremità del manico, spigolo del cavalletto a 80 mm e i bordi del cavalletto a 60 e 100 mm.

3. Piega il cavalletto

   Segna le 3 pieghe del pezzo B con la penna scarica e il righello. Piega quella centrale verso l'alto (tettuccio) e le due linguette da 10 mm verso l'esterno.

   Verifica: Il tettuccio è alto 40 mm e la sua base è larga 40 mm.

4. Incolla il cavalletto

   Incolla le linguette del cavalletto sulla base, con lo spigolo proprio sopra la linea degli 80 mm e parallelo a essa. Tieni fermo 5 minuti mentre asciuga (o usa la colla a caldo).

   Verifica: Guardando di lato, lo spigolo è orizzontale e centrato nella larghezza della base.

5. Posiziona il cucchiaio

   Appoggia il cucchiaio sullo spigolo, con la conca verso l'estremità lunga della base e l'incavo della conca verso l'alto. Fai scorrere il cucchiaio fino a lasciare 57 mm di manico dietro lo spigolo, misurati lungo il cucchiaio.

   Trucco: Se il tuo cucchiaio è corto (12 cm), lascia comunque 5–6 cm di manico dietro lo spigolo.

6. Fai la cerniera

   Incolla una striscia di nastro americano da 6 cm (la lunghezza dello spigolo) di traverso sul cucchiaio, proprio sopra lo spigolo, con le estremità attaccate allo spigolo da ogni lato. Il cucchiaio deve poter basculare ma non scivolare né avanti né indietro.

   Verifica: Muovendo la conca su e giù il cucchiaio gira sullo spigolo senza spostarsi.

7. Metti l'elastico

   Passa l'elastico sottile intorno alla base nelle due tacche a V, in modo che incroci SOPRA il manico, a circa 5 mm dalla sua punta. L'elastico tira il manico contro la base e lascia la conca sollevata di circa 45°.

   Verifica: A riposo la punta del manico tocca la base e la conca resta a 8–12 cm di altezza secondo la lunghezza del cucchiaio (≈ 12 cm con uno da 16–17 cm; ≈ 8–10 cm con uno da 12–15 cm).

8. Prova a vuoto adulto

   Senza pallina, abbassa la conca con un dito finché tocca la base e lasciala. Deve tornare di colpo nella sua posizione, con un «clac». Ripeti 3 volte verificando che il cucchiaio non si storti.

   Verifica: Se il cucchiaio si piega molto o scricchiola, l'elastico è troppo forte: usane uno più sottile o rinforza il manico con un bastoncino da gelato incollato sotto.

9. Prepara il campo di tiro

   Metti la catapulta sul pavimento con il MANICO rivolto verso il bersaglio C, a 1,5 m. Segna con il nastro la linea della base e ogni 50 cm verso il bersaglio. Mettiti di lato, mai dietro il manico.

10. Carica e lancia

    Metti una pallina di stagnola nella conca. Tieni ferma la base con una mano, abbassa la conca fino alla base con un dito dell'altra e lascia andare facendo scivolare il dito di lato. La pallina esce sopra il manico.

    Verifica: La pallina vola per almeno 1 m. Se cade vicino o all'indietro, controlla che il manico tocchi la base a riposo.

11. Misura e annota

    Misura con il metro a nastro dalla base fino a dove la pallina tocca il pavimento la prima volta. Fai 3 lanci uguali e annota la distanza di ognuno e la media.

    Trucco: Metti un pizzico di farina o un foglio sul pavimento per vedere meglio il punto dove cade.

Funziona? La prova

Tre lanci con la stessa pallina, caricando sempre finché la conca tocca la base. Misura la distanza fino al primo rimbalzo.

Cosa deve succedere: Una pallina di stagnola da 2 cm vola tra 1 e 3 m, con una traiettoria ad arco che sale di circa 50–80 cm. I tre lanci devono cadere a meno di 30 cm l'uno dall'altro; se variano molto, il cucchiaio si muove nella cerniera.

Se qualcosa non va

• La pallina esce molto debole — Elastico troppo lento o il manico non arriva a toccare la base. Soluzione: Usa un elastico più piccolo o fagli fare un giro in più intorno alla base. Verifica che l'elastico incroci il manico vicino alla punta, non vicino allo spigolo.
• Il cucchiaio si rompe nel collo — Elastico troppo forte per un cucchiaio di polistirene. Soluzione: Incolla un bastoncino da gelato sotto il manico con nastro americano o usa un cucchiaio di polipropilene (flessibile).
• La pallina va verso l'alto e cade quasi sul posto — La conca si ferma troppo tardi (fermo troppo alto, oppure nessuno e l'elastico non frena). Soluzione: Togli tappi dal fermo o avvicina lo spigolo al manico perché la conca si fermi a circa 45°.
• Tutta la catapulta salta durante il lancio — Base leggera. Soluzione: Tieni ferma la base con la mano libera o incolla due monete grandi sotto l'estremità della conca.
• Il cucchiaio si storce da un lato — Cerniera lenta o cavalletto storto. Soluzione: Rifai la cerniera con una striscia nuova di nastro ben centrata e verifica che lo spigolo sia perpendicolare al cucchiaio.
• La pallina cade dalla conca prima di lasciare — Conca molto piatta o pallina troppo grande. Soluzione: Usa palline da 15 mm o incolla un anello di nastro sul bordo della conca per renderla più profonda.

Sicurezza

• Lancia solo oggetti morbidi e leggeri (stagnola, carta, pompon). Mai biglie, sassi né oggetti duri.
• La pallina esce all'INDIETRO, sopra il manico: nessuno deve stare davanti al manico né chinato all'altezza della catapulta. Mettiti di lato.
• Non mirare mai a persone o animali, soprattutto al viso.
• Se il cucchiaio si rompe, raccogli i pezzi: la plastica rotta ha bordi taglienti.
• Il taglierino lo usa un adulto con righello di metallo e tappetino da taglio.

La scienza che c'è dietro

Per i bambini

Il cucchiaio è come un'altalena a bilico del parco: ha un punto in mezzo su cui gira. L'elastico è come una molla che tira il manico verso il basso. Quando abbassi la conca con il dito, tendi l'elastico e gli dai energia, come quando tendi una fionda. Quando lasci, l'elastico tira il manico di colpo, la conca sale velocissima e, quando sbatte contro il fermo, la pallina continua a volare da sola nell'aria.

Per l'adulto

Il cucchiaio è una leva di primo genere: il fulcro (spigolo a 40 mm) sta tra la forza (l'elastico, che tira il manico a ≈ 50 mm dal fulcro) e il carico (la pallina nella conca, a ≈ 90–100 mm). Durante la carica, il lavoro del dito si immagazzina come energia potenziale elastica nell'elastico (≈ ½·k·x², dell'ordine di 0,05 J). Quando si lascia, l'elastico accelera il braccio corto e, dato che la conca è circa due volte più lontana dall'asse, la sua velocità lineare è ≈ 2 volte maggiore: questa leva non moltiplica la forza, moltiplica la velocità, che è ciò che interessa in un lanciatore. Quando il manico sbatte contro la base, il braccio si ferma e la pallina prosegue in linea retta (inerzia) nella direzione perpendicolare al cucchiaio in quell'istante. Con il manico da 57 mm su uno spigolo a 40 mm, il fermo è a ≈ 45° e la pallina esce a ≈ 45° di elevazione, l'angolo di gittata massima senza attrito dell'aria (gittata = v²·sen 2θ / g). Con v ≈ 4 m/s, la gittata teorica è ≈ 1,6 m; le palline leggere perdono un po' per l'aria. I tappi sotto il manico fanno fermare prima il braccio, quindi la pallina esce più verticale (≈ 61° con un tappo) e arriva meno lontano anche se sale di più.

• leva: barra che gira su un punto d'appoggio e serve a muovere qualcosa con più forza o più velocità.
• punto d'appoggio o fulcro: il punto su cui gira la leva.
• energia elastica: energia che immagazzina un elastico o una molla quando lo tendi.
• traiettoria: il percorso che segue un oggetto in volo.
• angolo di lancio: quanto è inclinato il proiettile quando parte rispetto al pavimento.

Per età

• 5–7 anni: L'adulto taglia le basi e piega il cavalletto. Il bambino incolla, posiziona il cucchiaio, mette l'elastico e lancia. Concentrati su «abbasso la conca, lascio, vola» e sul misurare a passi.
• 8–10 anni: La costruiscono da soli tranne il taglierino. Fanno la tabella di 3 lanci con la media e provano i tappi.
• 11–12 anni: Che misurino la gittata per varie posizioni del fulcro e facciano un grafico. Sfida: calcolare la velocità di uscita con la formula della gittata e confrontarla con un video al rallentatore.

In gruppo o in classe

Coppie (una catapulta per coppia: uno lancia, l'altro misura). Materiale per coppia: foglio di cartone da 25 × 30 cm, 1 cucchiaio + 1 di ricambio, 2 elastici, 2 tappi, carta stagnola. Prima della sessione: tagliare basi e cavalletti con il taglierino e provare una catapulta di esempio. Sessione di 50 min: 25 di montaggio, 25 di gara in cortile con 3 corsie segnate con il nastro, bersaglio a 1,5 m e tutti i lanciatori sulla stessa linea rivolti dalla stessa parte.

Sfide

• Lancia in un cestino a 2 m e fai centro 3 volte su 5.
• Costruisci una versione con cavalletto regolabile (3 posizioni) senza scollare niente.
• Progetta un grilletto: una molletta da bucato che tenga giù la conca e si sganci tirando un filo.
• Riesci a lanciare a 3 m senza rompere il cucchiaio (rinforzi, elastico, angolo).

Altri progetti gratis

• Razzo-palloncino su un filo
• Torcia a tubo con interruttore
• Vulcano di schiuma
• Scatola oscura che proietta immagini
• Disco a due facce che si fondono

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