Hovercraft con un CD

Cosa imparerà

• Che cos'è l'attrito e come frena un oggetto che scivola.
• Che uno strato sottilissimo di aria in pressione può sollevare un oggetto e quasi annullare l'attrito: è così che funzionano gli hovercraft e l'air hockey.
• Che il palloncino teso spinge l'aria (pressione) e che da un foro piccolo l'aria dura di più.
• A misurare distanze e tempi per confrontare superfici e dimensioni dei palloncini.

Prepara prima

• Lava e asciuga il tappo sport e verifica che il beccuccio si apra e si chiuda bene e che, chiuso, non lasci passare aria (soffia da sotto).
• Pulisci il CD con uno straccio: polvere o grasso impediscono alla colla di attaccare.
• Stampa al 100 % il centratore A e ritaglialo.
• Gonfia e sgonfia il palloncino 2–3 volte per sfiancarlo: poi sarà più facile da gonfiare e da infilare.
• Trova la superficie di prova: tavolo in melammina, vetro o pavimento liscio e pulito di almeno 1,5 m.

Materiali e attrezzi

• Vecchio CD o DVD — 1
  Ø 120 mm, foro centrale da 15 mm, piatto e senza crepe
• Tappo sport di bottiglia — 1
  tappo con beccuccio apri-chiudi (push-pull) di bottiglia d'acqua o di bevanda isotonica; base di Ø 30–38 mm
• Palloncino — 2 (uno di riserva)
  da festa, 25–30 cm di diametro gonfio (10–12 pollici)
• Stick di colla a caldo — 1
  per pistola per colla a caldo
• Nastro adesivo — 1 pezzo da 3 × 3 cm
  per la toppa riduttrice facoltativa (pezzo B)
• Carta — 1 foglio
  per stampare il centratore A

Attrezzi

• Pistola per colla a caldo — incollare e sigillare il tappo sul CD adulto
• Forbici — ritagliare il centratore (e la finestra del tappo) e la toppa
• Pennarello indelebile — segnare sul CD il cerchio del tappo attraverso il centratore
• Punteruolo o ago grosso — fare il foro da 3 mm della toppa adulto
• Metro a nastro — misurare la distanza percorsa

Pezzi e sagome

• A · Centratore del tappo ×1 — carta
• B · Toppa riduttrice (facoltativa) ×1 — nastro adesivo o cartoncino sottile

Passo passo

1. Chiudi il beccuccio

   Spingi il beccuccio del tappo sport verso il basso finché non senti il clic: è chiuso. Soffia dalla parte inferiore del tappo per verificare che non passi aria.

2. Prepara il CD

   Pulisci il CD con uno straccio asciutto e mettilo con la faccia stampata (quella dell'etichetta) verso l'alto. Ritaglia dal centratore A il cerchio del tuo tappo (arancione Ø 34 mm o grigio Ø 38 mm), partendo dal foro centrale: resta una finestra. Metti A sopra il CD con i bordi allineati e ripassa il bordo della finestra con il pennarello indelebile. Togli la carta.

   Verifica: Il CD ha un cerchio segnato intorno al foro, alla stessa distanza dal foro da tutti i lati (circa 9,5 mm con quello di Ø 34).

3. Metti la toppa (facoltativo) adulto

   Se vuoi voli lunghi, l'adulto fa con il punteruolo un forellino da 3 mm proprio al centro della toppa B. Poi incolla la toppa sul foro centrale del CD, dalla parte di sopra, con il forellino al centro, e premi bene i bordi.

   Trucco: Fai prima la versione senza toppa e poi prova con la toppa: così puoi confrontare.

4. Incolla il tappo adulto

   L'adulto stende un cordone continuo di colla a caldo di circa 3 mm intorno al bordo inferiore del tappo (dalla parte della filettatura) e lo abbassa sul CD con il bordo proprio sul cerchio segnato con il pennarello. Premilo per 20 secondi.

   Verifica: Guarda di lato: la colla forma un anello senza buchi tra tappo e CD.

5. Sigilla all'esterno adulto

   Aggiungi un secondo cordone sottile di colla all'esterno, nella giunzione tra tappo e CD, per tutto il giro. Lascia raffreddare 10 minuti (30 min con il silicone neutro).

   Verifica: Soffia nel beccuccio aperto con il disco capovolto, tappando il foro con il dito: dalla giunzione non deve uscire aria.

6. Gonfia il palloncino

   Gonfia il palloncino fino a circa 20–25 cm di diametro (non al massimo: così è più facile da maneggiare). Attorciglia il collo per 2 giri e tienilo stretto con le dita perché non esca l'aria.

7. Infila il palloncino

   Fatelo in due. Uno tiene il disco e mantiene il collo attorcigliato perché l'aria non esca; l'altro allarga la bocca del palloncino con tutte e due le mani e la fa passare sopra il beccuccio chiuso del tappo finché non lo copre per almeno 1 cm. Ora lasciate l'attorcigliatura: l'aria resta trattenuta dal beccuccio chiuso.

   Trucco: Se la bocca del palloncino è difficile da allargare, sfiancalo prima gonfiandolo e sgonfiandolo 2–3 volte.

8. Mettilo sul tavolo

   Metti l'hovercraft al centro di una superficie liscia e pulita di almeno 1,5 m. Tieni il palloncino dall'alto perché resti verticale.

9. Apri il beccuccio e spingi

   Tira il beccuccio verso l'alto afferrandolo dalla base del palloncino (oppure pizzicando il collo del palloncino e tirando). Appena senti uscire l'aria, dai una spintarella leggera al disco con un dito.

   Verifica: Il disco scivola dritto e lontano, quasi senza frenare, mentre il palloncino si sgonfia.

10. Confronta senza aria

    Quando il palloncino si svuota, rimetti il disco sulla partenza e dagli la stessa spintarella. Misura con il metro a nastro la distanza che percorre in ciascun caso.

    Verifica: Senz'aria si ferma in pochi centimetri; con l'aria percorre una distanza parecchie volte maggiore.

Funziona? La prova

Su un tavolo liscio, segna una linea di partenza. Spingi il disco con un tocco leggero sempre uguale (per esempio, lasciando rotolare una matita giù da un libro inclinato) con il palloncino aperto e poi con il palloncino vuoto. Misura la distanza e cronometra quanto galleggia.

Cosa deve succedere: Senza toppa: galleggia 5–15 s e percorre più di 1 m con un tocco leggero; senz'aria si ferma in 5–15 cm. Con la toppa da 3 mm: galleggia 20–40 s, più in basso ma altrettanto scorrevole.

Se qualcosa non va

• L'aria esce ma il disco non galleggia — Perdita tra tappo e CD o superficie ruvida. Soluzione: Controlla la sigillatura di colla e ripassala; prova su vetro o melammina.
• Il palloncino si sgonfia in meno di 5 s — Troppa portata dal foro da 15 mm (beccuccio tutto aperto o palloncino poco gonfio). Soluzione: Metti la toppa B con il foro da 3 mm, oppure apri il beccuccio solo a metà.
• Non c'è verso di infilare il palloncino gonfio — Palloncino nuovo e rigido o troppo gonfio. Soluzione: Sfiancalo gonfiandolo prima 2–3 volte, gonfialo meno e fatelo in due.
• Il disco si inclina e striscia da un lato — Tappo non centrato o palloncino inclinato. Soluzione: Segna il cerchio sul CD con il centratore A e incolla il tappo proprio sul segno; tieni il palloncino verticale al momento del lancio. Un palloncino più piccolo si piega meno.
• Il tappo si stacca — Colla istantanea o CD con polvere/grasso. Soluzione: Pulisci con alcol e incolla con colla a caldo o silicone neutro.
• Va sempre dalla stessa parte — Tavolo non in piano o aria che esce più da un lato. Soluzione: Verifica che il tavolo sia in piano (una biglia non deve rotolare da sola) e che il CD non sia imbarcato.

Sicurezza

• Palloncini: rischio di soffocamento per i bambini sotto gli 8 anni se se li mettono in bocca o con i pezzi di un palloncino scoppiato. Sorveglia e butta subito i pezzi rotti.
• La pistola per colla a caldo scotta (≈ 170 °C la punta e la colla appena stesa): la usa l'adulto.
• Se il CD è graffiato o incrinato, può rompersi e i suoi bordi tagliano: usane uno integro.
• Persone allergiche al lattice: usa palloncini senza lattice.

La scienza che c'è dietro

Per i bambini

Quando spingi un disco sul tavolo, la sua pancia striscia sul tavolo e questo lo frena: è l'attrito. Nel nostro hovercraft, il palloncino stringe l'aria e la spinge giù attraverso il forellino. Quell'aria non ci sta e si infila tra il disco e il tavolo, sollevandolo pochissimo, così poco che non lo vedi. Ora il disco non tocca più il tavolo: viaggia su un materasso d'aria invisibile, e per questo scivola lontanissimo con un tocco leggero.

Per l'adulto

Il palloncino teso mantiene l'aria a una sovrappressione di circa 2–4 kPa. L'insieme (CD 16 g + tappo 4 g + palloncino 3 g ≈ 23 g, peso ≈ 0,23 N) poggia su un'area di ≈ 110 cm² (Ø 120 mm meno il foro), quindi basta una pressione media di ≈ 20 Pa sotto il disco per bilanciare il peso: il disco si alza finché il gioco con il tavolo (decimi di millimetro) lascia uscire tutta la portata a quella pressione. Non essendoci contatto solido-solido, l'attrito radente (coefficiente 0,2–0,4 per plastica su melammina) è sostituito dalla viscosità dell'aria in una pellicola sottile, centinaia di volte minore: il disco conserva quasi tutta la sua velocità (primo principio di Newton). La durata dipende dalla portata; la toppa da 3 mm riduce la sezione di passaggio di circa 25 volte rispetto al foro da 15 mm, allunga molto il volo e lascia comunque pressione in abbondanza per sostenere il disco. Sulle superfici ruvide la pellicola d'aria scappa dagli interstizi e la pressione non si mantiene. È lo stesso principio dell'air hockey, degli hovercraft con gonna e dei cuscinetti pneumatici delle macchine di precisione.

• attrito: forza che frena due superfici che strisciano l'una sull'altra.
• cuscino d'aria: strato sottile di aria in pressione che separa il disco dal tavolo.
• pressione: quanto forte spinge l'aria su ogni pezzettino di superficie.
• hovercraft: veicolo che avanza galleggiando su un cuscino d'aria (in italiano anche «aeroscivolante»).
• portata: quantità di aria che esce ogni secondo.

Per età

• 5–7 anni: L'adulto incolla il tappo e infila il palloncino; il bambino gonfia (o aiuta), apre il beccuccio e spinge. Gioco: «fin dove arriva con l'aria e senz'aria?» segnando con degli adesivi.
• 8–10 anni: Lo montano da soli tranne la colla a caldo. Fai misurare le distanze con e senz'aria e provare tre superfici.
• 11–12 anni: Fai calcolare la pressione necessaria per sollevare il disco (peso / area) e progettare la toppa che dà il volo più lungo senza smettere di galleggiare.

In gruppo o in classe

A coppie, un disco per coppia (chiedi alle famiglie vecchi CD e tappi sport con una settimana di anticipo). L'adulto incolla tutti i tappi con la colla a caldo prima della sessione o in una postazione di incollaggio. Sessione di 40 min: 10 min per montare il palloncino, 20 min di prove in 3 postazioni (tavolo liscio, pavimento piastrellato, superficie ruvida) e 10 min di gara su una pista di 2 m sui tavoli accostati. Tieni palloncini di riserva (2 per coppia).

Sfide

• Progetta un hovercraft che galleggi più di 60 secondi.
• Fate una gara: chi arriva più lontano con una sola spinta?
• Costruisci un hovercraft con un piatto di plastica di Ø 22 cm e due palloncini: riesce a portare un carico di 20 g?
• Aggiungi una cannuccia piegata su un lato perché l'aria lo spinga da sola, senza spingerlo tu (propulsione a getto).

Altri progetti gratis

• Aeroplano di carta da planata
• Razzo-palloncino su un filo
• Auto a palloncino
• Lanciarazzi ad aria compressa
• Macchinina a elastico attorcigliato
• Razzo ad aceto e bicarbonato
• Auto solare con cinghia di trasmissione
• Barca pop-pop a candela

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