Girandola a quattro pale

Cosa imparerà

• Che il vento spinge e che una forma curva trasforma quella spinta in rotazione.
• Che un buon asse ha bisogno di gioco e di poco attrito: i pezzi che girano non vanno stretti.
• Che con più vento la girandola gira più veloce e si possono contare e confrontare i giri.
• Che i colori si mescolano nell'occhio quando girano molto in fretta.
• Che la simmetria (4 pale uguali) la fa girare in equilibrio.

Prepara prima

• Stampa la sagoma al 100 % e verifica con il righello che il quadrato misuri 150 mm.
• Se dipingi con la tempera, dipingi prima il cartoncino (su entrambe le facce) e lascialo asciugare 20 minuti.
• Prova se lo spillo entra nel bastoncino: se il legno è duro, fai un foro guida con lo spillo stesso e qualche colpetto, oppure incolla la gomma per cancellare sulla punta.
• Tieni a portata un ventilatore o un asciugacapelli (ad aria fredda) per provare in casa.

Materiali e attrezzi

• Cartoncino — 1 quadrato da 15 × 15 cm (+ 1 da 10 × 10 cm per l'esperimento)
  160–200 g/m², meglio a due colori (uno per faccia) o carta da regalo incollata
• Bacchetta cinese o bastoncino di legno — 1
  Ø 6–7 mm in punta, lungo 22–30 cm, dritto
• Spillo con capocchia — 1
  lungo 32–38 mm, capocchia a pallina. Minimo 32 mm: perlina, pale, perlina, cannuccia e gioco occupano ≈ 22–28 mm dello spillo e devono entrare ancora 5 mm nel bastoncino
• Perline da collana — 2
  Ø 4–6 mm, foro da 1–2 mm (più grande dello spillo)
• Cannuccia — 1 pezzo da 10 mm
  distanziale tra le pale e il bastoncino
• Gomma per cancellare — 1 pezzo da 15 × 15 mm
  facoltativa: si incolla sulla punta del bastoncino e lo spillo entra senza sforzo
• Colla stick o colla vinilica — un po'
  per il disco di rinforzo
• Tempere o pennarelli — a piacere
  decorare PRIMA di piegare (con la tempera, lascia asciugare 20 min)

Attrezzi

• Forbici — ritagliare il quadrato e i 4 tagli diagonali
• Righello e matita — tracciare le diagonali se non stampi la sagoma
• Punteruolo sottile o ago grosso — fare i 5 fori Ø 2 mm
• Pinze piccole o ditale — spingere lo spillo dentro il legno adulto

Pezzi e sagome

• A · Pale (quadrato da 15 cm) ×1 — cartoncino 160–200 g
• B · Pale piccole (esperimento, 10 cm) ×1 — cartoncino 160–200 g
• C · Disco di rinforzo centrale ×1 — cartoncino 160–200 g
• D · Distanziale (cannuccia) ×1 — cannuccia Ø 6 mm
• E · Bastoncino ×1 — bacchetta cinese o bastoncino Ø 6 mm

Passo passo

1. Decora il cartoncino

   Dipingi o colora le due facce del quadrato da 15 × 15 cm prima di tagliare. Se usi la tempera, lascia asciugare 20 minuti. Un colore diverso su ogni faccia fa un bellissimo effetto quando pieghi.

   Trucco: Dipingi mezza pala di blu e mezza di giallo per l'esperimento dei colori che si mescolano.

2. Incolla la sagoma o traccia le diagonali

   Ritaglia la sagoma A e incollala con la colla stick sul cartoncino, oppure traccia con il righello le 2 diagonali del quadrato e un cerchio di 50 mm di diametro al centro.

   Verifica: Le diagonali si incrociano esattamente al centro (a 75 mm da ogni lato).

3. Taglia le 4 diagonali

   Taglia con le forbici da ogni angolo verso il centro, seguendo la diagonale, e FERMATI al punto rosso, a 25 mm dal centro. Ti restano 4 pale triangolari unite al centro.

   Verifica: Il centro non tagliato misura circa 35 mm di lato: se sei andato oltre, rinforza con nastro dietro.

4. Fai i fori

   Con il punteruolo o l'ago, fai 5 fori Ø 2 mm: quello del centro e quelli delle 4 punte numerate, a circa 5 mm dal bordo. Ruota il punteruolo perché il foro venga rotondo e largo.

   Verifica: Lo spillo entra ed esce da ogni foro senza impigliarsi.

5. Incolla il rinforzo

   Ritaglia il disco C da 30 mm, fai il suo foro centrale e incollalo dietro il centro delle pale, con i fori allineati (infila lo spillo per allinearli mentre incolli).

6. Prepara lo spillo

   Infila sullo spillo, in quest'ordine: una perlina e poi la punta 1. Senza lasciare, curva la punta 2 verso il centro e infilala, poi la 3 e la 4. Non piegare il cartoncino con una piega netta: solo curvato.

   Trucco: Tieni le punte già infilate con il pollice contro la capocchia dello spillo mentre curvi la successiva.

7. Attraversa il centro

   Passa lo spillo nel foro del centro (e in quello del disco di rinforzo). Infila poi la seconda perlina e il pezzo di cannuccia D da 10 mm.

   Verifica: Le 4 pale restano curvate allo stesso modo, come 4 cucchiai uguali rivolti nello stesso verso.

8. Pianta nel bastoncino adulto

   Con tutto infilato, la punta dello spillo sporge circa 5–10 mm dietro la cannuccia. Tieni il bastoncino in piedi sul tavolo, appoggia quella punta al centro della sua faccia, 10 mm sotto l'estremità superiore, con lo spillo dritto (perpendicolare al bastoncino). Spingi la capocchia con un ditale o stringila con le pinze finché lo spillo entra circa 5 mm nel legno. I pezzi devono potersi muovere di 1–2 mm lungo lo spillo: è quel gioco tra la capocchia e la prima perlina che lascia girare.

   Verifica: La punta dello spillo non esce dall'altro lato del bastoncino. Se esce, piegala verso il basso con le pinze o coprila con una pallina di plastilina (oppure pianta nella gomma per cancellare incollata in punta, che è più spessa).

9. Verifica che giri libera

   Dai un colpetto a una pala con il dito. La girandola deve fare vari giri da sola e frenare dolcemente. Se si ferma subito, allontana un po' le pale dal bastoncino o allenta lo spillo di 1 mm.

   Verifica: Con un soffio forte a 20 cm, gira così veloce che non si distinguono le pale.

10. Prova con il vento

    Soffia di fronte, sulla faccia dove ci sono le punte curvate, a circa 20–30 cm. Poi esci all'aperto e metti il bastoncino rivolto al vento, oppure mettiti davanti a un ventilatore a 1 m.

    Trucco: Se gira al contrario di come ti aspettavi, non importa: il verso dipende da che parte hai curvato le punte.

Funziona? La prova

Mettiti a 1 m da un ventilatore a velocità bassa e poi alta, con la girandola rivolta verso l'aria. Segna una pala con un punto di pennarello nero e conta i giri in 10 secondi (o registra un video al rallentatore).

Cosa deve succedere: Con un soffio parte subito. Con il ventilatore a velocità bassa fa nell'ordine di 5–10 giri al secondo: troppi da contare a occhio, per questo conviene registrarla al rallentatore o usare una brezza leggera. Deve girare senza fermarsi né traballare.

Se qualcosa non va

• Non gira o si ferma subito — Lo spillo schiaccia le pale contro il bastoncino o i fori sono troppo piccoli. Soluzione: Allarga i fori a 2 mm, metti la cannuccia distanziale e lascia 1–2 mm di gioco sotto la capocchia dello spillo.
• Gira a scatti e traballa — Le 4 punte non sono curvate allo stesso modo o il foro del centro non è centrato. Soluzione: Rendi uguale la curva delle 4 pale e verifica che lo spillo passi esattamente al centro.
• Le pale sfregano contro il bastoncino — Manca il distanziale o il cartoncino si è schiacciato. Soluzione: Metti una cannuccia più lunga (15 mm) o una seconda perlina tra le pale e il bastoncino.
• Una punta si sfila dallo spillo — Il foro è troppo vicino al bordo e si è strappato. Soluzione: Metti un pezzetto di nastro adesivo su entrambe le facce della punta e fora di nuovo a 6–7 mm dal bordo.
• Lo spillo non entra nel bastoncino — Legno duro o bastoncino troppo sottile. Soluzione: Incolla sulla punta del bastoncino un pezzo di gomma per cancellare o un tappo di sughero e pianta lì lo spillo.

Sicurezza

• Lo spillo punge: lo pianta un adulto nel legno e verifica che la punta non sporga. Se sporge, si piega o si copre con plastilina.
• Non correre con la girandola davanti alla faccia: il bastoncino e lo spillo possono ferire gli occhi.
• Le perline e lo spillo sono pezzi piccoli: non lasciarli alla portata di bambini sotto i 3 anni.
• Con il ventilatore o l'asciugacapelli, non avvicinare le dita alle griglie; l'asciugacapelli sempre ad aria fredda.

La scienza che c'è dietro

Per i bambini

Il vento è aria che corre e spinge tutto quello che trova, come quando ti spettina. Le pale della girandola sono come cucchiai aperti che catturano l'aria. Dato che guardano tutte dallo stesso lato, l'aria le spinge tutte nella stessa direzione e la girandola gira. Più forte soffia, più veloce gira. Le pale eoliche giganti che vedi sulle colline fanno la stessa cosa e, girando, producono elettricità.

Per l'adulto

L'aria in movimento ha energia cinetica (proporzionale a v²; la potenza che attraversa il rotore cresce con v³). Ogni pala curva devia il flusso: cambiando la direzione dell'aria compare una forza di reazione sul cartoncino, con una componente tangenziale che produce una coppia sull'asse. Dato che le quattro pale sono simmetriche rispetto al centro, le loro componenti si sommano nello stesso verso di rotazione. Questa girandola è un rotore a bassa efficienza, funziona soprattutto per resistenza e gira più o meno alla velocità del vento sulla punta delle pale (rapporto di velocità periferica ≈ 1): con 3 m/s e Ø 15 cm, nell'ordine di 6 giri al secondo. La coppia di spunto è piccola, quindi è l'attrito dell'asse a decidere se gira: per questo fori larghi, perline come cuscinetti a contatto puntiforme e un distanziale che impedisce alle pale di toccare il bastoncino. I veri aerogeneratori usano profili alari (portanza) e girano molto più veloci del vento sulle loro punte; la loro potenza teorica massima è il 59 % di quella del vento (limite di Betz).

• energia eolica: energia che si ricava dal vento.
• asse: pezzo attorno al quale gira qualcosa (qui, lo spillo).
• attrito: forza che frena quando due cose si strofinano.
• aerogeneratore: mulino moderno che trasforma la rotazione in elettricità.
• simmetria: quando una figura ha parti uguali distribuite in modo ordinato.

Per età

• 5–7 anni: L'adulto taglia le diagonali fino al punto e pianta lo spillo. Il bambino decora, fa i fori con una matita appuntita (con aiuto), infila le punte nell'ordine 1-2-3-4 e prova soffiando.
• 8–10 anni: La fanno da soli tranne piantare lo spillo. Che contino i giri con un video al rallentatore e confrontino le dimensioni.
• 11–12 anni: Che progettino pale di un'altra forma (6 pale, pale piatte inclinate di 30° su un tappo) e misurino quale gira di più. Sfida: fare in modo che la girandola avvolga un filo e sollevi una graffetta.

In gruppo o in classe

Individuale (ogni bambino la sua girandola), in tavoli da 4 che condividono forbici e punteruoli. Prima della sessione: stampare 25 sagome, tagliare i quadrati di cartoncino e piantare una volta ogni spillo nel suo bastoncino per fare il foro guida. Sessione di 45 min: 10 decorare, 20 montare, 15 «stazione del vento» con 2 ventilatori dove si contano i giri a turno. Tieni del nastro adesivo per riparare le punte strappate.

Sfide

• Fai sollevare una graffetta alla tua girandola: incolla un pezzo di cannuccia allo spillo dietro le pale, lega 30 cm di filo e lascia che si avvolga girando.
• Costruisci una girandola a 6 pale con un esagono e confronta la sua velocità.
• Monta la girandola su una banderuola (coda di cartoncino dietro) perché si orienti da sola verso il vento.
• Fai una fila di 5 girandole e scopri da dove arriva il vento nel cortile.

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