Periscopio a specchi

Cosa imparerà

• Che la luce viaggia in linea retta e rimbalza su uno specchio con lo stesso angolo con cui arriva (angolo di incidenza = angolo di riflessione).
• Che due specchi paralleli a 45° deviano la luce due volte di 90° e l'immagine esce dritta, non capovolta.
• Che un CD riflette dal lato dei dati, ma solo nella zona metallizzata: il centro è trasparente.
• Che il campo visivo dipende dalla grandezza delle finestre e dalla lunghezza del tubo.

Prepara prima

• Trova il lato buono di ogni CD: è quello senza etichetta. Puliscilo con un panno morbido e acqua e sapone, senza strofinare in cerchio.
• Traccia il pezzo A direttamente sul cartone con il righello (non entra in un A4): è un rettangolo di 459 × 400 mm a cui si toglie in alto un trapezio centrale (da 130 a 444 mm, profondo 92 mm) e in basso i due angoli (da 0 a 222 mm e da 352 a 459 mm).
• Se i bambini sono piccoli, taglia lo sviluppo e le finestre prima dell'attività.
• Prepara un tratto di parete o un tavolo con un giocattolo dietro per la prova.

Materiali e attrezzi

• Cartone ondulato — 1 foglio di 47 × 41 cm + 2 pezzi di 14 × 14 cm
  a onda singola, 3 mm, senza pieghe (grande scatola da spedizione)
• CD o DVD vecchi — 2
  Ø 120 mm, senza graffi sul lato lucido (i DVD riflettono un po' meglio)
• Nastro biadesivo — 8 pezzi da 2 cm
  spesso (in schiuma) per incollare i CD dal lato dell'etichetta
• Nastro di carta o nastro americano — ≈ 2 m
  da 25–50 mm per chiudere spigoli e coperchi
• Colla vinilica o stick di colla a caldo — un filo / 1 stick
  per la linguetta di chiusura
• Tempere o pennarelli — a piacere
  colori mimetici o da sottomarino
• Carta A4 — 2 fogli
  per stampare i coperchi B (il pezzo A si traccia con il righello)

Attrezzi

• Taglierino, righello di metallo e tappetino da taglio — tagliare lo sviluppo e le finestre adulto
• Squadra a 45° — controllare i tagli inclinati
• Righello lungo (50 cm) e matita — tracciare lo sviluppo di 459 × 400 mm
• Penna a sfera scarica — segnare le pieghe
• Forbici — nastro e pezzi piccoli

Pezzi e sagome

• A · Corpo del periscopio (sviluppo) ×1 — cartone ondulato 3 mm
• B · Coperchio-specchio (supporto del CD) ×2 — cartone ondulato 3 mm

Passo passo

1. Traccia lo sviluppo

   Disegna sul cartone un rettangolo di 459 × 400 mm con le onde in verticale. Segna le linee verticali a 130, 222, 352 e 444 mm. In alto, unisci (130, 0) con (222, 92) e (352, 92) con (444, 0); in basso, unisci (130, 308) con (222, 400) e (352, 400) con (444, 308). Ripassa il contorno della sagoma A.

   Verifica: Ogni linea inclinata scende di 92 mm su 92 mm di larghezza: forma 45° con la squadra.

2. Ritaglia lo sviluppo adulto

   Un adulto taglia con taglierino e righello lungo la linea continua. In alto avanza un trapezio centrale: lo spazio tra 130 e 444 mm, profondo 92 mm. In basso avanzano i due angoli: quello sinistro, da 0 a 222 mm, e quello destro, da 352 a 459 mm. Smussa anche la linguetta da 15 mm.

   Verifica: In alto arrivano al bordo la faccia DAVANTI (0–130 mm) e la linguetta, e la faccia DIETRO comincia 92 mm più in basso; in basso è il contrario: solo la faccia DIETRO (222–352 mm) arriva al bordo.

3. Taglia le due finestre adulto

   Taglia le finestre di 30 × 30 mm: quella d'ingresso sulla faccia DAVANTI, a 31 mm dal bordo superiore e spostata verso la prima faccia LATO (da 90 a 120 mm); l'oculare sulla faccia DIETRO, a 31 mm dal bordo inferiore, anch'esso vicino alla stessa faccia LATO (da 232 a 262 mm).

   Verifica: Le due finestre restano dallo stesso lato del periscopio quando lo pieghi (verificalo piegando a secco).

4. Segna e piega

   Ripassa le 4 linee di piega con una penna a sfera scarica e il righello. Piega ognuna di 90° verso l'interno (con il lato senza disegno verso l'esterno).

5. Chiudi il tubo

   Incolla la linguetta da 15 mm all'interno del bordo libero della faccia DAVANTI con colla o colla a caldo e fissa con nastro all'esterno. Fissa con nastro anche i 4 spigoli lunghi perché restino dritti.

   Verifica: Guardando il tubo di lato, vedi un parallelogramma: la faccia DAVANTI sporge di 92 mm in alto e la DIETRO di 92 mm in basso.

6. Prepara i coperchi-specchio

   Ritaglia 2 quadrati B di 130 × 130 mm. Incolla su ognuno un CD centrato sul cerchio disegnato, con l'etichetta contro il cartone e 4 pezzi di nastro biadesivo. Non toccare né coprire con nastro il lato lucido.

   Verifica: Il CD non sporge dal quadrato ed è ben incollato (non balla se scuoti il coperchio).

7. Monta lo specchio in alto

   Appoggia un coperchio B sul taglio inclinato in alto, con il CD verso l'interno. Fissalo con nastro sui 4 lati, lasciando che il cartone del coperchio poggi sui bordi delle pareti laterali.

   Trucco: Prima di fissarlo del tutto, guarda dalla finestra d'ingresso: devi vedere il CD argentato, non il centro trasparente.

8. Monta lo specchio in basso

   Fai lo stesso con il secondo coperchio sul taglio inclinato in basso, con il CD verso l'interno. Fissa con nastro i 4 lati in modo che la luce non entri da nessuna fessura.

9. Prima occhiata

   Avvicina un occhio all'oculare (in basso, dietro) e copri l'altro con la mano. Punta la finestra in alto verso qualcosa di ben illuminato a 2–3 m: devi vedere la scena dritta, con qualche riflesso colorato del CD.

   Verifica: Se vedi una macchia marrone o l'anello trasparente del CD, la finestra è troppo centrata: allargala di 5 mm verso il bordo.

10. Regola se serve

    Se l'immagine esce storta o vedi solo cartone, stacca un coperchio, verifica con la squadra che il taglio sia a 45° e fissalo di nuovo con il nastro ben appoggiato sui bordi.

11. Decora

    Dipingi l'esterno con le tempere (mimetico, sottomarino, castello...) senza coprire le finestre. Lascia asciugare 20 minuti.

12. Si spia!

    Accovacciati dietro un tavolo o il divano con il periscopio in verticale: la finestra in alto deve sporgere circa 5 cm sopra il bordo. Giralo piano per cercare un oggetto preciso.

Funziona? La prova

Nasconditi dietro un tavolo alto 75 cm e chiedi a un'altra persona di alzare da 1 a 5 dita dall'altra parte, a circa 3 m. Conta le dita usando solo il periscopio.

Cosa deve succedere: Vedi la mano dritta (non capovolta) e riesci a contare le dita. Il campo è stretto (circa 5°: a 3 m vedi una zona di circa 25 cm) e l'immagine ha qualche riflesso arcobaleno, tipico del CD.

Se qualcosa non va

• Vedo solo cartone o nero — Uno specchio non è a 45° o un CD è al contrario (etichetta verso l'interno). Soluzione: Controlla i tagli con la squadra e che il lato lucido guardi verso l'interno.
• C'è una macchia marrone al centro dell'immagine — La finestra guarda verso il centro trasparente del CD. Soluzione: Sposta o allarga la finestra verso il bordo della scatola (zona argentata), come nella sagoma.
• Vedo il cielo o il pavimento invece di ciò che ho davanti — Uno specchio è inclinato più o meno di 45°. Soluzione: Stacca il coperchio e appoggialo bene sui due bordi inclinati; se il taglio è sbagliato, rifallo con la squadra.
• L'immagine esce doppia o sfocata — Riflesso sulla plastica trasparente del CD e graffi sul lato dei dati. Soluzione: Usa un CD senza graffi o un DVD; per più nitidezza, incollaci sopra uno specchietto da borsetta.
• Immagine molto scura — Entra poca luce o ci sono fessure che abbagliano. Soluzione: Usalo di giorno guardando verso zone illuminate e chiudi con nastro qualsiasi fessura vicino all'oculare.
• La scatola si storce — Cartone con le onde in orizzontale o spigoli senza nastro. Soluzione: Fissa con nastro i 4 spigoli lunghi; se resta storta, incolla all'interno una striscia di cartone di rinforzo.

Sicurezza

• Non guardare mai il sole con il periscopio: gli specchi portano la luce direttamente nell'occhio e possono danneggiarlo.
• Il taglierino lo usa un adulto con il righello di metallo; i CD non si tagliano né si spezzano (si scheggiano in frammenti taglienti).
• Non camminare guardando nel periscopio: puoi inciampare.
• Non usare il periscopio per spiare le persone senza il loro permesso: è un gioco tra chi gioca.

La scienza che c'è dietro

Per i bambini

La luce viaggia in linea retta, come una palla lanciata. Quando sbatte contro uno specchio, rimbalza. Se lo specchio è inclinato come uno scivolo (45°), la luce che arriva di fronte rimbalza e scende lungo il tubo. In basso c'è un altro specchio uguale che la fa rimbalzare di nuovo, questa volta verso il tuo occhio. Così vedi ciò che c'è in alto anche se sei nascosto in basso. È quello che usano i sottomarini per guardare fuori dall'acqua!

Per l'adulto

La legge della riflessione dice che l'angolo di incidenza è uguale a quello di riflessione rispetto alla normale dello specchio. Con lo specchio a 45° rispetto all'asse del tubo, un raggio orizzontale viene deviato di 90° verso il basso; il secondo specchio, parallelo al primo, lo devia di altri 90° e lo riporta orizzontale e nello stesso verso. Poiché ogni riflessione inverte l'immagine e ce ne sono due, l'immagine finale risulta dritta e non speculare, solo spostata in basso della distanza tra gli specchi (308 mm). Un CD riflette grazie a uno strato di alluminio di ~50–100 nm sotto 1,2 mm di policarbonato; le tracce (passo di 1,6 µm) formano un reticolo di diffrazione che produce i colori, e la superficie della plastica aggiunge un riflesso debole (≈ 4 %) che può apparire come immagine doppia. La zona centrale (r < 23 mm) è trasparente, per questo le finestre sono spostate di 40 mm. Il campo visivo è limitato dall'angolo sotto cui si vede la finestra d'ingresso dall'occhio: 30 mm a ≈ 400 mm di percorso ottico danno ≈ 4–5°; finestre più grandi o un tubo più corto lo allargano. I periscopi veri usano prismi a riflessione totale e lenti per allargare il campo.

• riflessione: rimbalzo della luce quando colpisce una superficie.
• specchio: superficie così liscia che riflette la luce in modo ordinato e forma immagini.
• angolo di 45°: la metà di un angolo retto, come la diagonale di un quadrato.
• campo visivo: quanto è larga la zona che riesci a vedere tutta insieme.
• periscopio: tubo con due specchi per vedere sopra gli ostacoli.

Per età

• 5–7 anni: L'adulto traccia e taglia lo sviluppo e le finestre. Il bambino piega, mette il nastro, incolla i CD (riconoscendo il lato lucido) e decora. Gioco: «quante dita vedi?».
• 8–10 anni: Tracciano lo sviluppo con il righello (con aiuto per le linee inclinate), piegano e montano; l'adulto si limita a tagliare. Fai disegnare loro il percorso della luce con frecce.
• 11–12 anni: Fai calcolare loro lo sviluppo per un'altra lunghezza e un'altra grandezza di specchio, e misurare il campo visivo (larghezza vista a 3 m ÷ 3 m, in gradi). Sfida: periscopio da angolo a L o con tre specchi.

In gruppo o in classe

A coppie, un periscopio per coppia. Prima: tagliare gli sviluppi e le finestre (o avere scatole lunghe già pronte) e raccogliere 2 CD per coppia. Attività di 60 min: 10 min di dimostrazione con una torcia e due specchi, 35 min di montaggio, 15 min di «missione spia» con un muro di tavoli rovesciati e cartelli con parole segrete dall'altra parte. Lasciate le tempere per un'altra volta.

Sfide

• Leggi una parola segreta scritta con lettere di 3 cm a 5 m usando il tuo periscopio.
• Costruisci un periscopio che guardi indietro (specchi a V): cosa vedi e perché?
• Fai un periscopio telescopico: due scatole che scorrono una dentro l'altra per cambiare l'altezza.
• Progetta un periscopio a tre specchi che guardi sopra un muro e poi a sinistra.
• Decoralo come il periscopio di un sottomarino e aggiungi una scala di rotta (N, S, E, O) intorno all'oculare.

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