Lanciarazzi ad aria compressa

Cosa imparerà

• Che l'aria occupa spazio e che, se la comprimi di colpo, spinge con molta forza (pressione = forza / superficie).
• Azione e reazione: l'aria spinge il razzo verso l'alto mentre il piede spinge la bottiglia verso il basso.
• Perché le alette dietro e un po' di peso sulla punta fanno volare dritto un razzo (centro di massa davanti al centro di pressione).
• Come misurare le altezze con un cronometro: h ≈ g·t²/8 a partire dal tempo totale di volo.

Prepara prima

• Stampa le sagome al 100 % e verifica con un righello la linea rossa di 50 mm dell'intestazione.
• Taglia il tubo in PVC a 270 mm e carteggia le sbavature delle estremità: un bordo ruvido strapperebbe il razzo.
• Scalda per 1 minuto l'estremità del tubo da giardino nell'acqua calda del rubinetto e infilaci a forza 30 mm del tubo in PVC. Prova soffiando con la punta del tubo chiusa: dalla giunzione non deve uscire aria.
• Scegli il posto: cortile, parco o spiaggia con almeno 10 × 10 m liberi, senza cavi, finestre né auto vicino.
• Tieni pronta una seconda bottiglia di ricambio: dopo 20–30 pestate la bottiglia è stropicciata e perde forza.

Materiali e attrezzi

• Bottiglia di plastica (PET) — 1
  1,5–2 L, d'acqua o di bibita, liscia e senza ammaccature, senza tappo
• Tubo da giardino — 1 spezzone di 80–100 cm
  diametro interno 15 mm (5/8 di pollice), diametro esterno ≈ 20 mm
• Tubo rigido in PVC — 1 spezzone di 270 mm
  tubo rigido da elettricista con Ø esterno 16 mm (avanzo di cantiere)
• Cartone ondulato — 1 foglio di 30 × 40 cm
  a onda singola, 3–4 mm (scatola da spedizioni), per la base e le squadrette
• Carta per stampante — 2 fogli A4
  80 g/m²: uno per il corpo del razzo e l'altro come distanziatore quando lo arrotoli
• Cartoncino — 1 pezzo di 15 × 10 cm
  160–200 g/m², per il cono e le alette
• Plastilina — 3 g (una pallina di Ø 15 mm)
  tappo e zavorra della punta
• Nastro americano — ≈ 1 m
  per giunzioni a tenuta e per fissare il tubo alle squadrette
• Nastro adesivo trasparente — 1 rotolo
  per chiudere il corpo e il cono e attaccare le alette
• Tempere o pennarelli — a piacere
  decora il razzo PRIMA di arrotolarlo (la carta bagnata si increspa)

Attrezzi

• Seghetto ad arco piccolo o taglierino robusto — tagliare il tubo in PVC a 270 mm adulto
• Taglierino, righello di metallo e tappetino da taglio — tagliare la base e le squadrette di cartone adulto
• Forbici — ritagliare corpo, cono, alette e guida per le alette
• Pistola per colla a caldo — incollare le squadrette alla base adulto
• Metro a nastro da 10 m e cronometro (cellulare) — misurare distanze e tempi di volo

Pezzi e sagome

• A · Base del lanciatore ×1 — cartone ondulato 3–4 mm
• B · Squadretta del tubo guida ×3 — cartone ondulato 3–4 mm
• C · Corpo del razzo ×1 — carta 80 g/m²
• D · Cono della punta ×1 — cartoncino 160–200 g
• E · Aletta ×3 — cartoncino 200 g o cartoncino delle scatole di cereali
• F · Guida per posizionare le alette ×1 — carta
• G · Tubo guida ×1 — tubo rigido in PVC Ø 16 mm
• H · Tubo da giardino ×1 — tubo da giardino Ø int. 15 mm

Passo passo

1. Prepara la bottiglia

   Togli il tappo e l'etichetta a una bottiglia da 1,5–2 L. Verifica che non abbia crepe stringendola con le mani: lasciandola, deve riprendere forma da sola.

2. Infila il tubo nella bottiglia

   Avvolgi l'estremità libera del tubo da giardino con 2–3 giri di nastro americano finché entra a forza nel collo della bottiglia. Infilalo per 3 cm e copri la giunzione con altri 4 giri di nastro, metà sul collo e metà sul tubo.

   Verifica: Chiudi con il pollice la punta del tubo guida e pesta piano la bottiglia: da nessuna giunzione si deve sentire o avvertire aria che esce.

3. Taglia la base e le squadrette adulto

   Incolla le sagome A e B sul cartone con la colla stick. Taglia la base di 240 × 240 mm e le 3 squadrette con taglierino e righello, compresa la tacca di 4 × 30 mm del bordo verticale. Segna la piega della linguetta di ogni squadretta con una penna scarica.

4. Monta il supporto adulto

   Piega a 90° la linguetta di ogni squadretta e incollala con la colla a caldo sulla sua linea della base A, con il bordo verticale rivolto verso il centro e la tacca in basso. I tre bordi verticali devono stare a 8 mm dal centro, formando uno spazio per il tubo da 16 mm; le tacche lasciano posto al tubo da giardino, che è più grosso.

   Verifica: Infila il tubo tra le tre squadrette: deve restare verticale e toccarle tutte e tre sopra le tacche.

5. Fissa il tubo guida

   Metti il tubo G tra le squadrette con l'estremità del tubo da giardino in basso, a 70 mm da terra: la giunzione resta all'altezza delle tacche e il tubo da giardino esce dallo spazio segnato sulla base. Legalo alle squadrette con due giri di nastro americano: uno a 110 mm da terra e l'altro a 160 mm (entrambi sul tubo guida, sopra la giunzione con il tubo da giardino).

   Verifica: L'estremità superiore del tubo è a 340 mm da terra e il tubo da giardino non è piegato ad angolo stretto.

6. Decora la carta del corpo

   Dipingi o disegna sulla sagoma C stampata (è il corpo stesso del razzo). Usa pennarelli o pochissima tempera e lascia asciugare 10 minuti: la carta bagnata si increspa e poi non scorre sul tubo.

7. Arrotola il corpo sul tubo

   Avvolgi il tubo guida con un foglio A4 liscio (il distanziatore), così il razzo non resta troppo stretto. Sopra, arrotola il pezzo C ben stretto, cominciando dal bordo segnato, e chiudi la cucitura per tutta la lunghezza con una striscia di nastro trasparente di 160 mm.

   Verifica: Togli il distanziatore e rimetti il corpo sul tubo: deve scorrere da solo, senza cadere di colpo né incastrarsi.
   Trucco: Fissa il bordo iniziale al distanziatore con un pezzetto di nastro, così non scappa quando cominci ad arrotolare.

8. Metti il tappo di plastilina

   Fai una pallina di 3 g di plastilina (Ø 15 mm), schiacciala a disco e spingila per 10 mm dentro un'estremità del corpo finché chiude del tutto il foro. Copri quell'estremità con due strisce di nastro a croce.

   Verifica: Soffia dall'altra estremità del tubo: dalla punta non deve uscire aria.

9. Fai il cono

   Ritaglia il settore D, arrotolalo a cono sovrapponendo un bordo fino alla linea segnata e chiudilo con il nastro all'esterno. Incastralo sull'estremità con il tappo e fissalo con 3 strisce corte di nastro distribuite intorno.

   Verifica: La base del cono combacia con il corpo senza scalini; il razzo misura circa 205 mm.

10. Segna e incolla le alette

    Infila la guida F sulla coda e segna tre righe a 120°. Ritaglia le 3 alette E, piega la loro linguetta di 6 mm e fissale con il nastro su ogni riga, con la radice di 45 mm a filo con il bordo inferiore del corpo.

    Verifica: Guarda il razzo da dietro: le alette formano una Y simmetrica e sono dritte, non storte.

11. Verifica l'equilibrio

    Appoggia il razzo su un dito e cerca il punto in cui sta in equilibrio. Deve essere nella metà anteriore, a circa 110–115 mm dalla coda (il razzo misura 205 mm). Se è più vicino alla coda, aggiungi 1 g di plastilina sulla punta.

    Trucco: Con il peso davanti e le alette dietro, il razzo vola come una freccetta: sempre con la punta in avanti.

12. Prepara la zona di lancio adulto

    Metti il lanciatore in uno spazio di almeno 10 × 10 m senza persone davanti. Stendi il tubo da giardino e metti la bottiglia a 1 m dal tubo guida. Segna con il gesso una linea a 2 m che nessuno deve superare, tranne chi pesta.

13. Carica il razzo

    Prima di caricare, gonfia la bottiglia soffiando forte nel tubo o tirandone i lati finché riprende forma. Poi fai scorrere il razzo sul tubo guida finché il tappo tocca l'estremità del tubo.

    Verifica: Il bordo inferiore del razzo resta circa 20 mm sopra le squadrette.

14. Conto alla rovescia e pesta

    Conta «3, 2, 1» ad alta voce e pesta la bottiglia con forza e di colpo, con il piede piatto al centro. Il razzo deve schizzare verso l'alto tra 8 e 15 m.

    Trucco: Una pestata rapida funziona molto meglio di una forte ma lenta: conta quanto velocemente esce l'aria.

Funziona? La prova

Lancia 3 volte con il tubo in verticale e cronometra da quando parte a quando tocca terra. Poi inclina il lanciatore di 45° (spessora la base con un libro) e misura con il metro a nastro la distanza orizzontale.

Cosa deve succedere: Con una bottiglia da 2 L e una pestata secca, il volo verticale dura 2,5–3,5 s, cioè 8–15 m di altezza (h ≈ 9,8 × t² / 8). Inclinato a 45°, cade a 15–25 m. Se non supera i 2–3 m, c'è una perdita d'aria o il razzo è troppo largo.

Se qualcosa non va

• Il razzo si alza appena 1–2 m — Perdita d'aria in una giunzione o razzo troppo largo sul tubo. Soluzione: Chiudi la punta del tubo con il dito e pesta: individua dove fischia e aggiungi nastro americano. Se il razzo balla sul tubo, arrotolane uno nuovo senza distanziatore o con più giri.
• Il razzo non parte, resta incastrato — Corpo troppo stretto o increspato dalla pittura. Soluzione: Arrotola un altro corpo con il distanziatore e decora con il pennarello invece della tempera. Deve scorrere da solo sul tubo.
• Esce facendo giravolte o torna giù di lato — Alette storte o poco peso sulla punta. Soluzione: Raddrizza le alette con la guida F e aggiungi 1 g di plastilina sulla punta finché il punto di equilibrio sta nella metà anteriore.
• Il cono si stacca in volo — L'aria passa attraverso il tappo e spinge il cono. Soluzione: Rifai il tappo con più plastilina ben pressata e sigilla la punta con nastro a croce prima di mettere il cono.
• Il tubo da giardino si sfila dalla bottiglia quando pesti — Giunzione troppo lenta. Soluzione: Aggiungi nastro all'estremità del tubo finché entra a forza e copri la giunzione con altri 4–5 giri.
• Ogni volta vola meno — La bottiglia è stropicciata e non riprende il suo volume. Soluzione: Soffia nel tubo per gonfiarla tra un lancio e l'altro o sostituiscila con un'altra bottiglia.

Sicurezza

• Lancia sempre all'aperto, mai verso persone, animali, finestre o cavi. Nessuno davanti al lanciatore né a guardare dentro il tubo dall'alto.
• Chi pesta la bottiglia resta a 1 m dal tubo; gli altri dietro la linea dei 2 m.
• Non mettere punte dure o metalliche sul razzo: la punta di cartoncino e plastilina è morbida apposta.
• Se più bambini soffiano nel tubo per gonfiare la bottiglia, pulisci il bocchino con un fazzoletto e alcol tra un turno e l'altro.
• Tagliare il PVC e usare il taglierino e la colla a caldo è compito dell'adulto.

La scienza che c'è dietro

Per i bambini

L'aria sembra niente, ma occupa spazio. Quando pesti la bottiglia, le togli il suo spazio di colpo e l'aria, schiacciata, cerca da dove scappare. Ha una sola strada: il tubo da giardino e il tubo guida. Arrivata in cima trova il razzo che chiude l'uscita e lo spinge con forza, come quando soffi in una cannuccia e la carta che la avvolge schizza via. Le alette dietro fanno da piume della freccia, così va dritto.

Per l'adulto

Pestando, il volume della bottiglia scende da ≈ 2 L a ≈ 1 L in circa 0,1 s. L'aria non riesce a uscire così in fretta dal tubo da giardino, quindi la sua pressione sale transitoriamente (dell'ordine di 0,2–0,5 bar di sovrapressione). Questa pressione agisce sulla sezione interna del razzo (Ø ≈ 16,5 mm, ≈ 2,1 cm²): F = p·A ≈ 4–10 N su una massa di ≈ 8 g, cioè accelerazioni di centinaia di m/s² durante i 16 cm di corsa sul tubo. Il razzo parte a 12–18 m/s e, tolta la resistenza dell'aria, sale di circa 8–15 m (h = v²/2g). Il gioco tra corpo e tubo deve essere minimo: ogni perdita riduce la pressione efficace. La stabilità dipende dalla posizione relativa del centro di massa (spostato in avanti dalla plastilina) e del centro di pressione aerodinamico (spostato indietro dalle alette): se il primo è davanti al secondo, qualsiasi deviazione genera una coppia che riallinea il razzo con il flusso. Altezza dal tempo di volo: se sale e scende liberamente, t_salita = t/2 e h = g·t²/8 (si sovrastima un po' perché l'attrito accorcia la discesa).

• pressione: forza con cui qualcosa spinge su ogni pezzetto di superficie.
• aria compressa: aria schiacciata in meno spazio di quello che aveva; spinge per riprenderselo.
• a tenuta: chiuso in modo che non escano né aria né acqua.
• centro di massa: punto in cui un oggetto sta in equilibrio su un dito.
• stabilizzatore: parte (le alette) che mantiene il razzo puntato in avanti.

Per età

• 5–7 anni: L'adulto monta tutto il lanciatore e arrotola il corpo. Il bambino decora la carta, incolla le alette con l'aiuto della guida e pesta la bottiglia. Concentrati su «l'aria spinge».
• 8–10 anni: Costruiscono tutto il razzo e aiutano con il lanciatore (giunzioni con il nastro, squadrette). Lascia che scoprano da soli la perdita d'aria chiudendo il tubo e pestando.
• 11–12 anni: Fai misurare i tempi di volo, calcolare le altezze e confrontare i progetti con una tabella. Sfida: disegnare il centro di massa e stimare il centro di pressione ritagliando la sagoma del razzo nel cartone e mettendola in equilibrio.

In gruppo o in classe

Un lanciatore per tutta la classe (o due, per non aspettare) preparato dall'adulto prima della lezione. Ogni bambino o coppia costruisce il suo razzo (1 foglio di carta, 1 pezzo di cartoncino, 3 g di plastilina): 30 min in aula con le sagome stampate e il tubo da 16 mm come forma (tieni 3–4 spezzoni di tubo per arrotolare). Poi 30 min in cortile: fila dietro la linea dei 2 m, ogni bambino carica, fa il conto alla rovescia e pesta; un compagno cronometra e un altro annota. Tieni 2 bottiglie di ricambio e nastro americano.

Sfide

• Progetta un razzo che scenda con il paracadute (un sacchetto di plastica di 20 × 20 cm piegato dentro un cono non fissato).
• Fai atterrare il razzo dentro un cerchio di 1 m messo a 10 m, regolando solo l'angolo del lanciatore.
• Costruisci un lanciatore doppio con un raccordo a T e due tubi: quale razzo vince se partono insieme?
• Fai un razzo lungo 30 cm: vola più o meno di quello da 20 cm? Spiega perché.

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