Gru acchiappa-premi

Cosa imparerà

• Come un unico filo distribuisce la forza tra tre dita e perché i tre fili devono essere lunghi uguali.
• Che l'artiglio si chiude grazie al proprio peso: mentre è appeso, il peso della testa tira i fili e chiude le dita; quando si appoggia, il filo si allenta e un elastico le apre.
• Che cos'è un argano (manovella + rocchetto): con un raggio della manovella maggiore di quello del rocchetto si solleva il carico con meno forza, in cambio di più giri.
• A regolare un meccanismo per tentativi, misurando: peso della testa, forza dell'elastico, lunghezza dei fili.

Prepara prima

• Stampa le sagome al 100 % e verifica la linea rossa di 50 mm nell'intestazione.
• Chiudi e rinforza la scatola con nastro adesivo su tutti gli spigoli; il tetto deve essere solido (se i lembi non combaciano, incollaci sopra un cartone piatto di 30 × 25 cm).
• Prima della sessione segna a matita sulla scatola la finestra, la fessura e lo sportello; se i bambini sono piccoli, taglia tu con il taglierino.
• Pesa 80–100 g di zavorra (monete o riso in un sacchettino) e prepara i premi.
• Taglia i pezzi di spiedino: 3 perni da 20 mm, 1 asse da 90 mm e 1 impugnatura da 40 mm.

Materiali e attrezzi

• Scatola di cartone alta — 1
  circa 30 × 25 × 40 cm (larghezza × profondità × altezza), con coperchio o lembi che formino un tetto solido. Le misure della finestra e della fessura si adattano se la tua scatola è un po' diversa
• Cartone ondulato — 1 foglio di 50 × 40 cm
  a onda singola, 3–4 mm, piatto (per artiglio, carrello, pozzo e divisorio)
• Plastica trasparente — 1 pezzo di 24 × 33 cm
  acetato, busta di plastica rigida da raccoglitore o coperchio di una confezione trasparente
• Filo resistente — 1,2 m
  cordino sottile di cotone, filo per aquiloni o spago sottile (carico ≥ 2 kg); il filo da cucito si spezza
• Cannucce — 1
  dritta, Ø 6–7 mm (guida del filo)
• Spiedini di legno — 2
  Ø 3 mm (asse del rocchetto, perni delle dita e impugnatura)
• Tappi di plastica — 3
  Ø 30 mm uguali (2 per il nucleo del rocchetto, 1 per l'impugnatura)
• Zavorra per la testa — 80–100 g
  10–12 monete da 1 o 2 €, o un sacchettino con 100 g di riso, fissati con nastro adesivo sulla testa
• Elastico molto sottile — 2 (1 di ricambio)
  piccolo e morbido: elastico ortodontico o elastico per capelli sottile di Ø 2–3 cm
• Elastico normale — 1
  da ufficio, per il freno del rocchetto
• Premi — 8–12
  leggeri (≤ 5 g) e di 25–40 mm: pompon, palline di carta stagnola, caramelle incartate, gomme da cancellare
• Colla vinilica e stick di colla a caldo — 1 flacone / 3 stick
  colla a caldo per le unioni rapide (squadrette, supporti, rocchetto); colla vinilica per incollare gli strati doppi
• Nastro adesivo — 1 rotolo
  trasparente o nastro di carta

Attrezzi

• Taglierino, righello di metallo e tappetino da taglio — finestra, fessura, sportello e pezzi di cartone adulto
• Punteruolo o spiedino appuntito — forare buchi di 3–4 mm nel cartone doppio adulto
• Pistola per colla a caldo — squadrette, supporti e rocchetto adulto
• Forbici — ritagliare sagome, plastica e cannuccia
• Penna scarica — segnare le pieghe
• Metro a nastro e squadra — segnare la finestra e la fessura sulla scatola
• Bilancia da cucina — pesare la zavorra della testa

Pezzi e sagome

• A · Testa (2 strati) ×2 — cartone ondulato 3 mm
• B · Squadrette dei perni ×3 — cartone ondulato 3 mm
• C · Dita (2 strati ciascuno) ×6 — cartone ondulato 3 mm
• D · Piastra del carrello ×2 — cartone ondulato 3 mm (2 strati)
• E · Supporti dell'asse ×4 — cartone ondulato 3 mm (2 strati)
• F · Flange del rocchetto ×2 — cartone ondulato 3 mm
• G · Manovella ×2 — cartone ondulato 3 mm (2 strati)
• H · Pareti del pozzo dei premi ×1 — cartone ondulato 3 mm
• I · Divisorio dei premi ×1 — cartone ondulato 3 mm
• J · Cannuccia guida ×1 — cannuccia Ø 6–7 mm
• K · Fili ×4 — filo resistente

Passo passo

1. Prepara e misura la scatola

   Metti la scatola in piedi con il tetto solido in alto. Misura larghezza, profondità e altezza. Le misure di questa guida sono per 30 × 25 × 40 cm; se la tua è diversa, mantieni i margini: 40 mm ai lati della finestra e la fessura a 50 mm dal fronte.

   Verifica: La scatola non si deforma premendo il tetto con la mano.

2. Taglia la finestra adulto

   Sulla faccia anteriore segna un rettangolo di 220 × 310 mm, a 40 mm da ogni lato e a 30 mm dal fondo. L'adulto lo taglia con taglierino e righello di metallo.

   Verifica: Restano cornici di 40 mm ai lati e di 60 mm in alto: la scatola resta rigida.

3. Incolla la plastica

   Ritaglia la plastica trasparente a 240 × 330 mm e fissala all'INTERNO della finestra, con 10 mm di sovrapposizione per lato, usando nastro adesivo lungo tutto il bordo.

   Verifica: La plastica resta tesa, senza grinze al centro.

4. Taglia la fessura del tetto adulto

   Sul tetto traccia una linea parallela al fronte a 50 mm dal bordo anteriore. Su di essa segna una fessura larga 10 mm da 35 a 265 mm dal lato sinistro (lunga 230 mm) e tagliala con il taglierino.

   Verifica: Una cannuccia da 7 mm scorre lungo tutta la fessura senza impigliarsi.

5. Fai lo sportello dei premi adulto

   Sulla parete destra, in basso e vicino al fronte, taglia uno sportello largo 80 mm (da 10 a 90 mm dal fronte) e alto 70 mm (da 5 a 75 mm dal fondo).

6. Monta il pozzo e il divisorio adulto

   Piega il pezzo H a L e mettilo nell'angolo anteriore destro, formando un pozzo di 100 × 100 mm attorno allo sportello. Incolla con la colla a caldo la linguetta della parete destra e la base di H al fondo; la linguetta anteriore resta sopra la plastica della finestra: fissala con nastro adesivo trasparente, non con la colla a caldo. Piega il divisorio I e incollalo da parete a parete a 110 mm dal fronte.

   Verifica: Un premio lasciato cadere nel pozzo esce dallo sportello laterale infilando la mano.

7. Costruisci la testa adulto

   Taglia due dischi A di Ø 80 mm, incollali con le onde incrociate e fora il foro centrale di 4 mm. Sul lato inferiore incolla con la colla a caldo le tre squadrette B sulle linee radiali, con la faccia forata che pende in verticale, lungo il raggio e con il bordo esterno a filo del disco.

   Verifica: Guardando da sotto, le tre squadrette formano una stella a 120° e i loro fori sono a circa 30 mm dal centro.

8. Costruisci le dita adulto

   Taglia i sei pezzi C, con l'unghia già ritagliata inclinata, e incollali a due a due con la colla vinilica, con i contorni a filo (3 dita a doppio strato). Fora il perno di 4 mm e il foro del filo di 2,5 mm. L'unghia non si piega: è già inclinata di 30° verso un lato.

   Verifica: Le tre dita sono uguali: mettile una sopra l'altra e i fori coincidono.

9. Monta le dita sul loro perno adulto

   Infila un pezzo di spiedino da 20 mm nel foro di ogni squadretta (aderente), lasciandolo sporgere quasi tutto da un lato, e fissalo con una goccia di colla a caldo. Infila il dito sul tratto di spiedino che sporge, girandolo in modo che l'unghia punti al centro dell'artiglio, e metti un pezzetto di nastro sulla punta dello stecchino perché non si sfili. Fai lo stesso con tutte e tre le squadrette.

   Verifica: Ogni dito oscilla libero verso l'interno e verso l'esterno senza sfregare contro la testa.

10. Metti l'elastico di apertura

    Passa un elastico molto sottile attorno alle tre teste delle dita (i 12 mm che restano sopra il perno). Tirando le teste verso il centro, le punte si aprono.

    Verifica: Con l'artiglio appoggiato sul tavolo, le dita restano aperte di circa 10–12 cm tra le punte.
    Trucco: L'elastico deve essere morbido: se fai fatica a chiudere le dita con un dito della mano, è troppo forte.

11. Lega i fili delle dita

    Lega un filo da 150 mm al foro del filo di ogni dito e passa tutti e tre verso l'alto nel foro centrale della testa. Chiudi le tre dita con la mano finché le unghie si toccano, tendi i tre fili insieme e legali con un nodo doppio a 15–20 mm sopra la testa, non attaccato a essa: quel tratto è il filo che serve alle dita per aprirsi quando l'artiglio si appoggia.

    Verifica: Tira il nodo verso l'alto: le tre dita si chiudono insieme e le unghie arrivano insieme. Lasciandolo con l'artiglio appoggiato, il nodo scende verso la testa e le dita si aprono.

12. Aggiungi la zavorra

    Fissa con il nastro 80–100 g di zavorra (10–12 monete o il sacchettino di riso) sulla testa, distribuita attorno al foro centrale e lasciando libero un cerchio di 2 cm: il nodo deve poter scendere fino alla testa quando l'artiglio si appoggia.

    Verifica: Appendi l'artiglio per il nodo: deve chiudersi da solo con il suo peso, vincendo l'elastico.

13. Costruisci il rocchetto adulto

    Incolla due tappi di Ø 30 mm bocca contro bocca e una flangia F per lato. Fora il centro di tutto e attraversalo con uno spiedino da 90 mm; fissalo con la colla a caldo sulle flange.

    Verifica: Girando l'asse, il rocchetto gira con lui e non balla.

14. Costruisci il carrello adulto

    Incolla i due strati della piastra D e quelli di ogni supporto E. Incolla i supporti in piedi sulle linee a 15 e 65 mm, con i fori allineati. Infila la cannuccia guida da 50 mm nel foro di 7 mm, lasciando 6 mm sopra, e fissala con la colla a caldo.

    Verifica: Guarda attraverso i due fori dei supporti: si vede in linea retta attraverso entrambi.

15. Monta il rocchetto e la manovella adulto

    Infila l'asse del rocchetto nei due supporti. Incolla la manovella G a un'estremità dell'asse e, nel suo altro foro, un pezzo di spiedino da 40 mm con un tappo come impugnatura. Avvolgi un elastico da ufficio sull'asse accanto al supporto come freno.

    Verifica: Lasciando la manovella con 150 g appesi, il rocchetto non si srotola da solo.

16. Appendi l'artiglio

    Metti il carrello sul tetto con la cannuccia infilata nella fessura. Lega il filo principale da 600 mm al rocchetto, avvolgilo per 2 giri, fallo scendere nella cannuccia e legalo al nodo dei fili delle dita dentro la scatola.

    Verifica: Con il filo tutto avvolto, l'artiglio resta 2–3 cm sotto la cannuccia; con il filo tutto svolto, le unghie toccano il fondo.

17. Regola fuori dalla scatola

    Prima di giocare, prova l'artiglio sul tavolo con un premio: abbassalo finché si appoggia, aspetta che si apra, scendi di altri 2 cm e sollevalo. Se si chiude senza afferrare, aggiungi 10 g di zavorra; se non si apre quando si appoggia, cambia l'elastico con uno un po' più teso.

    Verifica: Afferra un pompon o una pallina di stagnola 3 volte su 5.

18. Metti i premi e gioca

    Distribuisci 8–12 premi nella zona anteriore, tra il fronte e il divisorio, senza riempire il pozzo. Fai scorrere il carrello fino a un premio, abbassa, solleva, porta il carrello a destra sopra il pozzo e abbassa l'artiglio dentro finché si appoggia: si apre e lascia cadere il premio.

    Verifica: Il premio esce dallo sportello laterale.

Funziona? La prova

Fai 10 tentativi di fila di prendere un premio e portarlo al pozzo. Conta i giri di manovella necessari per sollevare l'artiglio dal fondo fino in cima.

Cosa deve succedere: L'artiglio scende chiuso, si apre quando si appoggia sui premi, si chiude quando tiri e solleva il premio. Con premi leggeri (≤ 5 g) si vince 3–6 volte su 10, come in una macchina vera. Con il nucleo di Ø 30 mm, salire di 25 cm richiede circa 2,5–3 giri.

Se qualcosa non va

• L'artiglio scende aperto e non si chiude quando tiri — L'elastico di apertura è più forte della chiusura per peso. Soluzione: Metti un elastico più morbido o aggiungi 10–20 g di zavorra alla testa.
• Quando si appoggia non si apre — Manca l'elastico, è troppo morbido oppure le dita sfregano contro la testa. Soluzione: Passa a un elastico un po' più teso e verifica che le dita oscillino libere sul loro perno.
• Un dito si chiude prima degli altri — I tre fili non sono lunghi uguali. Soluzione: Sciogli il nodo, chiudi le tre dita a mano e lega di nuovo i fili tesi insieme, con il nodo a 15–20 mm dalla testa.
• Prende il premio ma lo perde mentre sale — Premio troppo pesante, grande o liscio. Soluzione: Usa premi di ≤ 5 g e di 25–40 mm. Incolla un pezzetto di elastico o di nastro biadesivo su ogni unghia perché faccia più presa.
• L'artiglio cade da solo quando lasci la manovella — Manca il freno. Soluzione: Avvolgi l'elastico da ufficio sull'asse, ben premuto contro il supporto, oppure blocca l'impugnatura con una molletta da bucato.
• Il filo si aggroviglia o esce dal rocchetto — Filo lento o flange piccole. Soluzione: Tieni il filo teso mentre lo avvolgi e verifica che le flange di Ø 55 mm siano ben incollate al nucleo.
• Il carrello si incastra nella fessura — Fessura stretta o con sbavature. Soluzione: Ripassa la fessura con il taglierino lasciandola di 10 mm netti; strofina i bordi con una candela perché scorra.
• L'artiglio appoggiato non si apre anche se l'elastico è morbido — Il nodo dei tre fili è attaccato alla testa: non resta filo perché le dita si separino. Soluzione: Rifai il nodo a 15–20 mm sopra la testa con le dita chiuse e verifica che la zavorra non copra il foro centrale.

Sicurezza

• Tutti i tagli della scatola (finestra, fessura, sportello) li fa un adulto con taglierino, righello di metallo e tappetino da taglio; il bambino tiene ferma la scatola dal lato opposto.
• La colla a caldo scotta: l'adulto la applica, il bambino indica dove. Tieni vicino un bicchiere d'acqua fredda.
• Gli spiedini pungono: taglia le punte prima di darli ai bambini.
• I premi piccoli e le monete della zavorra sono un pericolo di soffocamento per i bambini sotto i 3 anni.
• Non appendere all'artiglio niente che pesi più di 50 g: il filo e il cartone possono cedere.

La scienza che c'è dietro

Per i bambini

L'artiglio funziona come la tua mano quando prendi qualcosa: le dita si chiudono tutte insieme perché un solo filo tira tutte e tre. Mentre l'artiglio è appeso, il suo stesso peso tira i fili e la mano si chiude. Quando si appoggia sui premi, il filo si allenta e l'elastico apre le dita, come quando rilassi la mano. Girando la manovella, il filo si avvolge sul rocchetto e l'artiglio sale. La manovella è lunga e il rocchetto piccolo: per questo devi fare più giri, ma costa pochissima fatica.

Per l'adulto

L'artiglio è un meccanismo a tre leve incernierate su perni tangenziali. Quando è appeso, tutto il suo peso (≈ 150 g con la zavorra) si trasmette attraverso i tre fili, che tirano ogni dito in un punto situato 60 mm sotto il perno e verso l'asse centrale: questa coppia di chiusura (≈ 50 gf per filo × ≈ 24 mm di braccio ≈ 1200 gf·mm per dito) è maggiore della coppia di apertura dell'elastico (≈ 15 gf × 12 mm ≈ 180 gf·mm), quindi l'artiglio resta chiuso mentre è appeso. Quando si appoggia, la tensione dei fili scende a zero e l'elastico, che tira le teste delle dita verso l'interno sopra il perno, apre le punte. Tirando di nuovo, la chiusura avviene prima che l'artiglio si stacchi, perché il peso della testa deve passare attraverso i fili. Per questo la zavorra è indispensabile: è lo stesso principio dell'artiglio delle macchine da luna park, la cui forza di chiusura viene regolata proprio perché non afferri sempre. Il fatto che i tre fili siano lunghi uguali garantisce che la tensione si distribuisca in modo uniforme e che le unghie si chiudano insieme (sistema di ripartizione del carico in parallelo). Il rocchetto con manovella è un argano: con raggio della manovella R = 54 mm e raggio di avvolgimento r = 15 mm, il vantaggio meccanico ideale è R/r ≈ 3,6, in cambio di percorrere con la mano una distanza 3,6 volte maggiore. Un giro avvolge 2πr ≈ 94 mm di filo. La cannuccia fa da guida e cambia la direzione del filo con poco attrito, una funzione analoga a quella di una carrucola fissa.

• perno: asse su cui gira un pezzo, come una cerniera.
• argano: cilindro con manovella che avvolge una corda per sollevare carichi.
• zavorra: peso che si aggiunge perché qualcosa funzioni meglio o non si ribalti.
• vantaggio meccanico: quante volte una macchina moltiplica la tua forza.
• tensione: forza con cui tira un filo teso.

Per età

• 5–7 anni: Sconsigliato se non in famiglia: l'adulto costruisce scatola, carrello e artiglio; il bambino decora la scatola, mette i premi e gioca contando i giri di manovella.
• 8–10 anni: In squadra con un adulto: i bambini ritagliano le dita, costruiscono il rocchetto e legano i fili; l'adulto taglia la scatola e usa la colla a caldo. Lascia che siano loro a regolare zavorra ed elastico facendo prove.
• 11–12 anni: Costruiscono quasi tutto con supervisione dei tagli. Sfida: progettare un proprio artiglio (quattro dita, dita più lunghe) e misurare la percentuale di successo di ogni progetto.

In gruppo o in classe

Squadre da 4, una macchina per squadra (oppure un'unica macchina di classe con 6 squadre che fanno ciascuna una parte: scatola, pozzo, carrello, rocchetto, artiglio, premi). Prima: procurarsi scatole uguali, tagliare finestre e fessure, pretagliare i pezzi dell'artiglio e pesare la zavorra. Sessione 1 (60 min): scatola, pozzo, carrello e rocchetto. Sessione 2 (60 min): artiglio, regolazione e torneo con foglio di registro. Tieni a portata filo ed elastici sottili di ricambio.

Sfide

• Aggiungi un secondo asse di movimento: una fessura a croce o un tetto con un carrello che si muova anche avanti e indietro.
• Costruisci un artiglio a quattro dita e confronta il suo successo.
• Usa una clessidra o il timer del telefono: 30 secondi a partita.
• Progetta una moneta di cartone per «giocare» e una fessura con scivolo che la porti dentro.
• Illumina l'interno con una striscia LED a pile (3 pile stilo AA, 4,5 V, con la sua resistenza) messa sotto il tetto.

Altri progetti gratis

• Palla di neve in un barattolo
• Pallina morbida di palloncini
• Strisce con una sola faccia
• Vassoio labirinto per biglie
• Rana di carta che salta
• Calcio balilla in scatola
• Laboratorio di carta riciclata
• Flipper da tavolo

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