Proiettore di costellazioni

Cosa imparerà

• Che la luce viaggia in linea retta: ogni forellino lascia passare un raggio che disegna un punto sul soffitto, e l'insieme conserva la forma della costellazione.
• Che l'immagine cresce con la distanza in proporzione: con la luce a 10 cm dal disco e il soffitto a 2 m, la costellazione appare circa 20 volte più grande.
• Che la nitidezza dipende dalla dimensione della sorgente di luce: un LED piccolo dà stelle come punti; una torcia con riflettore, macchie.
• A riconoscere 5 costellazioni vere e che le stelle hanno luminosità diverse (magnitudine).
• Che una proiezione inverte l'immagine se il disco è messo al contrario, e come evitarlo.

Prepara prima

• Stampa le sagome al 100 % (senza «adatta alla pagina») e controlla con un righello che la linea rossa dell'intestazione misuri 50 mm e che i dischi misurino 66 mm.
• Scegli la stanza dello spettacolo: serve il buio totale (tapparelle abbassate) e un soffitto bianco e liscio.
• Prova la torcia del tuo cellulare: coprila con un dito e guarda che la luce esca da un punto piccolo. Se il tuo cellulare ha due LED, coprine uno con il nastro.
• Se i bambini sono piccoli, fai prima tu i fori da 2 e 2,5 mm; loro possono fare quelli da 1 mm con l'ago.

Materiali e attrezzi

• Scatola da scarpe con coperchio — 1
  di circa 32 × 20 × 11 cm; l'altezza (10–12 cm) stabilisce la distanza della luce dal disco
• Cartoncino nero — 1 foglio A4
  180–250 g/m², opaco (controluce non deve passare luce)
• Cellulare con torcia — 1
  il flash LED è una sorgente piccola (3–4 mm) e dà stelle nitide
• Nastro adesivo nero — 1 rotolo
  nastro isolante o nastro americano nero, per sigillare gli angoli e fissare il disco
• Colla stick — 1
  per incollare la sagoma stampata sul cartoncino
• Pezzo di sughero o lastra di polistirolo — 1 da 10 × 10 cm
  base morbida dove infilare il punteruolo senza rovinare il tavolo

Attrezzi

• Taglierino e tappetino da taglio — tagliare il foro di 56 mm nel coperchio adulto
• Compasso o un bicchiere da 56 mm — tracciare il foro (va bene anche la sagoma A)
• Ago grosso da cucito (1 mm) — stelle deboli
• Punteruolo sottile o chiodo da 1,5 mm — stelle medie adulto
• Chiodi da 2 e 2,5 mm (o punta da trapano di queste misure girata a mano) — stelle luminose adulto
• Forbici — ritagliare i dischi

Pezzi e sagome

• A · Sagoma del foro del coperchio ×1 — carta (sagoma per tracciare)
• B · Disco: Orione ×1 — cartoncino nero 180–250 g
• C · Disco: Orsa Maggiore ×1 — cartoncino nero 180–250 g
• D · Disco: Croce del Sud ×1 — cartoncino nero 180–250 g
• E · Disco: Scorpione ×1 — cartoncino nero 180–250 g
• F · Disco: Cassiopea ×1 — cartoncino nero 180–250 g

Passo passo

1. Segna il foro sul coperchio

   Ritaglia la sagoma A (cerchio di 56 mm) e mettila al centro del coperchio della scatola: disegna due diagonali da angolo ad angolo per trovare il centro. Ripassa il contorno a matita.

   Verifica: Il cerchio deve restare alla stessa distanza dai due lati lunghi del coperchio.

2. Taglia il foro adulto

   Un adulto taglia il cerchio di 56 mm con il taglierino sul tappetino da taglio, facendo tanti tagli corti lungo la linea. Leviga o rifila i pelucchi del bordo con le forbici.

3. Sigilla la scatola

   Metti nastro nero all'esterno sui 4 spigoli verticali della scatola e su qualsiasi fessura. Se la scatola è bianca dentro non importa, ma la luce non deve uscire da nessuna parte tranne che dal foro.

   Verifica: Metti dentro il cellulare con la torcia accesa, chiudi il coperchio e copri il foro con la mano al buio: la scatola non deve brillare dagli angoli.

4. Prepara i dischi

   Incolla con la colla stick il foglio dei dischi (da B a F) sul cartoncino nero, con il disegno verso di te. Ritaglia i 5 cerchi di 66 mm lungo la linea esterna.

   Trucco: Scrivi il nome della costellazione anche su una linguetta di nastro di carta attaccata al bordo: così la leggi al buio con il cellulare.

5. Fora le stelle deboli

   Appoggia il disco sul sughero con il lato stampato verso l'alto. Con l'ago grosso, fora tutti i cerchi segnati «1» (1 mm), pungendo dritto, senza girare.

   Verifica: Guarda il disco controluce: ogni forellino deve apparire come un punto di luce pulito.

6. Fora le stelle luminose adulto

   Un adulto fora con il punteruolo i cerchi da 1,5 mm, con un chiodo da 2 mm quelli da 2 mm e con uno da 2,5 mm quelli da 2,5 mm (Betelgeuse, Rigel, Acrux). Attraversa del tutto e gira il chiodo perché il foro resti rotondo.

   Trucco: Non forare le linee grigie che uniscono le stelle: servono solo da guida per riconoscere la figura.

7. Pulisci i fori

   Gira il disco: il cartoncino forma delle sbavature sul retro. Rifilale con le forbicine o con carta vetrata fine, senza schiacciarle dentro il foro, perché bloccano la luce.

8. Sistema il cellulare

   Metti il cellulare a faccia in giù (schermo contro il fondo) dentro la scatola, con il flash proprio sotto il centro del foro del coperchio. Accendi la torcia e chiudi il coperchio.

   Verifica: Guardando dal foro (senza avvicinare l'occhio), devi vedere il LED acceso proprio al centro.

9. Metti il disco al contrario

   Metti il disco sul foro con il lato STAMPATO verso l'INTERNO della scatola (verso la luce) e centralo. Fissalo con 3 strisce corte di nastro nero sul bordo, senza coprire nessuna stella.

   Trucco: Se lo metti con la parte stampata verso l'esterno, la costellazione esce come in uno specchio: l'Orsa Maggiore con il manico dall'altra parte.

10. Proietta sul soffitto

    Spegni tutte le luci e aspetta 1 minuto che gli occhi si abituino. Metti la scatola su un comodino sotto il soffitto, in modo che sia a circa 2 m: vedrai un cerchio di stelle di 1–1,2 m di diametro. Con la scatola a terra il soffitto è più lontano (circa 2,3 m) e il cerchio viene un po' più grande.

    Verifica: Le stelle devono apparire come punti di dimensioni diverse, non come macchie. Se escono macchie, controlla la sorgente di luce (problemi).

11. Cambia costellazione

    Per cambiare, stacca le 3 strisce di nastro, metti un altro disco e riattacca. Fai un percorso: Orsa Maggiore, Cassiopea, Orione, Scorpione e Croce del Sud, raccontando la storia di ciascuna.

Funziona? La prova

Con la scatola a terra e la stanza al buio, proietta il disco di Orione sul soffitto (con un soffitto di 2,4 m, il disco resta a circa 2,3 m da esso). Misura con un metro a nastro la distanza tra Betelgeuse e Rigel sul soffitto.

Cosa deve succedere: Sul disco sono a circa 42 mm; sul soffitto, circa 24 volte più lontane: intorno a 1 m (ingrandimento ≈ (altezza dalla luce al disco + distanza dal soffitto) / altezza dalla luce al disco = (10 + 230) / 10). Le 7 stelle principali si vedono nitide; le tre della cintura, in fila.

Se qualcosa non va

• Si vedono grandi macchie invece delle stelle — La luce esce da una superficie grande (torcia con riflettore o lente). Soluzione: Usa il flash del cellulare o togli il riflettore alla torcia. Più la sorgente è piccola, più le stelle sono puntiformi.
• Ogni stella appare doppia — Il cellulare ha due LED del flash (bianco e ambra) separati. Soluzione: Coprine uno con un pezzetto di nastro nero.
• Le stelle sono molto deboli — Stanza con un po' di luce, fori troppo piccoli o soffitto lontano. Soluzione: Oscura del tutto, avvicina la scatola al soffitto (su un tavolo) o allarga un po' i fori.
• La costellazione esce come in uno specchio — Disco con il lato stampato verso l'esterno. Soluzione: Giralo: il lato stampato va verso l'interno, verso la luce.
• Sul soffitto ci sono macchie di luce oltre alle stelle — Perdite dagli angoli, dalla giunzione coperchio–scatola o dal bordo del disco. Soluzione: Sigilla con nastro nero e verifica che il disco copra il foro con 5 mm di margine.
• Si vedono solo le stelle del centro — Il flash non è centrato sotto il foro o ha un fascio stretto. Soluzione: Centra il cellulare e verifica che sia piatto, senza spessori sotto; se non cambia, togli la custodia, che può tagliare il fascio, o prova con un altro cellulare con un flash più ampio.

Sicurezza

• Punteruoli e chiodi li maneggia un adulto, forando verso il basso sul sughero e con la mano lontana dalla punta.
• Il taglierino lo usa un adulto, con il tappetino da taglio.
• Non usare torce a incandescenza né candele dentro la scatola: scaldano il cartone. Il LED del cellulare non scalda, ma tiralo fuori se la sessione dura più di 20 minuti.
• Al buio, lascia libero il pavimento e tieni a portata di mano una luce di emergenza per non inciampare.
• Non fissare da vicino il LED attraverso il foro: abbaglia.

La scienza che c'è dietro

Per i bambini

La luce del cellulare esce da un puntino e viaggia in linea retta in tutte le direzioni. Il cartoncino nero la blocca quasi tutta, ma da ogni forellino scappa un raggio che arriva fino al soffitto e disegna una stella. Siccome i raggi si allontanano tra loro mentre salgono, il disegno sul soffitto è molto più grande di quello sul disco, proprio come la luce di una torcia diventa più grande sul muro quanto più è lontana. I fori grandi lasciano passare più luce e danno stelle più luminose, come nel cielo vero.

Per l'adulto

È una proiezione centrale da una sorgente quasi puntiforme: ogni foro definisce un fascio stretto che unisce la sorgente al soffitto. Se la sorgente è a una distanza a dal disco e il soffitto a una distanza D dal disco, l'ingrandimento è M = (a + D) / a; con a = 10 cm e D = 2 m, M ≈ 21, quindi la zona utile di 56 mm diventa un cerchio di ≈ 1,2 m. Una sorgente di dimensione s produce sul soffitto una macchia per stella di diametro ≈ s · D / a + foro · M: con il LED del cellulare (s ≈ 3–4 mm) il primo termine dà 6–8 cm e, sommando il foro (1–2,5 mm × 21), ogni stella misura circa 8–13 cm, accettabile; con una torcia con riflettore (s ≈ 25 mm) si superano i 50 cm e le stelle non si distinguono. Il rapporto nitidezza/dimensione della figura ≈ s / diametro del disco non dipende da a, per questo conviene una sorgente piccola e un disco grande. Il flusso che attraversa ogni foro è proporzionale alla sua area: un foro da 2,5 mm lascia passare 6 volte più luce di uno da 1 mm, il che imita la scala delle magnitudini (ogni magnitudine ≈ 2,5 volte di luminosità). Le posizioni dei fori sono state calcolate con una proiezione gnomonica delle coordinate reali (ascensione retta e declinazione), disegnate come si vedono nel cielo (nord in alto, est a sinistra); la proiezione conserva questo orientamento per un osservatore che guarda il soffitto dal basso solo se il lato disegnato è rivolto verso la sorgente.

• costellazione: gruppo di stelle che, viste dalla Terra, sembrano formare una figura.
• proiezione: immagine che forma la luce quando arriva su una superficie.
• sorgente puntiforme: luce che esce da un punto molto piccolo; dà ombre e punti nitidi.
• magnitudine: numero che indica la luminosità di una stella: più è piccolo, più la stella è luminosa.
• planetario: sala o apparecchio che proietta il cielo notturno su una cupola o un soffitto.

Per età

• 5–7 anni: L'adulto taglia il coperchio e fora i fori grandi. Il bambino ritaglia i dischi, punge con l'ago le stelle piccole (con l'adulto accanto) e cambia i dischi durante lo spettacolo.
• 8–10 anni: Fanno tutto tranne il taglierino e i chiodi da 2–2,5 mm. Imparano i nomi di 2–3 stelle luminose (Betelgeuse, Rigel, Antares) e cercano l'Orsa Maggiore nel cielo vero.
• 11–12 anni: Misurano l'ingrandimento a distanze diverse e verificano M = (a + D) / a. Sfida: costruire il disco di una costellazione nuova a partire dalle coordinate di un'app o di un atlante.

In gruppo o in classe

Coppie, una scatola per coppia (12–13 scatole per 25 bambini) oppure una sola scatola per classe e un disco per coppia. Prima della sessione: tagliare i coperchi, stampare i dischi e avere sugheri e aghi. Sessione di 60 min: 10 min di spiegazione, 30 min di foratura (postazioni con l'ago per i bambini e un adulto con i chiodi grandi), 20 min di spettacolo con l'aula al buio proiettando ogni disco e raccontandone la storia.

Sfide

• Fai un disco con tutto il «Triangolo estivo» (Vega, Deneb e Altair) e le stelle intorno.
• Costruisci un disco girevole con 4 costellazioni sui bordi e una puntina al centro per cambiare senza staccare il nastro.
• Metti cellofan rosso su Betelgeuse e Antares e blu su Rigel: sono i colori reali di quelle stelle.
• Costruisci una cupola di carta (un ombrello bianco aperto) e proietta dentro, come in un vero planetario.

Altri progetti gratis

• Arcobaleno con un bicchiere e una fessura
• Disco rotante dei colori
• Microscopio a goccia
• Lanterna delle ombre di Halloween
• Periscopio a specchi
• Piramide per ologrammi
• Proiettore per cellulare con lente d'ingrandimento
• Scatola oscura che proietta immagini
• Tubo di specchi e colori
• Scatola per vedere lo spettro della luce

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