Ragno a sei zampe articolate

Cosa imparerà

• Che un peso fuori centro che gira (eccentrico) fa vibrare tutto ciò che vi è collegato.
• Come le zampe inclinate trasformano la vibrazione in avanzamento: ogni scossa spinge nella direzione in cui «puntano» le zampe.
• Che cos'è un'articolazione a un grado di libertà (anca e ginocchio ruotano su un solo piano).
• Un circuito semplice con pila, interruttore e motorino, e che cosa succede invertendo la polarità (il motorino gira al contrario e il ragno curva dall'altra parte).

Prepara prima

• Stampa le sagome al 100 % e verifica che il femore C misuri 50 mm.
• Prima di tutto prova il motorino: collega i suoi fili a quelli del portabatterie, accendi e verifica che vibri con forza.
• Se i bambini sono piccoli, pretaglia le 12 strisce delle zampe (larghe 15 mm) con taglierino e righello: devono venire esattamente uguali.
• Tieni la pila a bottone nel suo blister fino all'ultimo passaggio e fuori dalla portata dei bambini sotto i 6 anni.
• Prepara una superficie liscia e dura per le prove (tavolo, pavimento di piastrelle): sul tappeto non avanza.

Materiali e attrezzi

• Cartone ondulato — 1 pezzo di 20 × 20 cm
  semplice, 3 mm, liscio
• Fermacampioni — 12 + 2 di scorta
  alette di 15–20 mm, testa Ø 6–8 mm
• Motorino vibrante 3 V — 1 da comprare
  cilindrico Ø 6–7 × 12–15 mm con contrappeso eccentrico di ottone e fili saldati (tipo cellulare), 1,5–3 V, 60–80 mA
• Pila a bottone CR2032 — 1 da comprare
  al litio 3 V, nuova
• Portabatterie CR2032 con interruttore — 1 da comprare
  con fili rosso e nero di 10–15 cm (≈ 30 × 25 mm)
• Filo metallico sottile o cavo — 20 cm
  cavo sottile spelato 1 cm a ogni estremità, per allungare se i fili non arrivano
• Nastro adesivo e nastro isolante — 1 rotolo di ciascuno
  isolante per coprire le giunte
• Stick di colla a caldo — 1–2
  per pistola per colla a caldo
• Occhi mobili — 2
  adesivi, Ø 8–10 mm

Attrezzi

• Taglierino, righello di metallo e tappetino da taglio — tagliare le strisce delle zampe adulto
• Forbici — ritagliare corpo e anche
• Punteruolo o spiedino di legno — fori di 2 mm per i fermacampioni adulto
• Pistola per colla a caldo — incollare anche, motorino e portabatterie adulto
• Penna scarica — segnare le pieghe delle anche

Pezzi e sagome

• A · Corpo (esagono) ×1 — cartone ondulato 3 mm
• B · Anca (supporto a L) ×6 — cartone ondulato 3 mm
• C · Femore ×6 — cartone ondulato 3 mm
• D · Tibia ×6 — cartone ondulato 3 mm

Passo passo

1. Prova il motorino adulto

   Attorciglia il filo rosso del motorino con quello rosso del portabatterie e il nero con il nero (3 giri di rame). Metti la pila CR2032 con il + verso l'alto e accendi: il motorino deve ronzare e vibrare in mano. Spegni.

   Verifica: Se non vibra, controlla le giunte e che la pila sia nuova prima di continuare.

2. Ritaglia il corpo e le anche

   Incolla le sagome sul cartone e ritaglia l'esagono A (60 mm da punta a punta) e le 6 anche B (20 × 28 mm). Ripassa le 6 linee radiali del corpo sulla faccia inferiore.

3. Ritaglia le zampe adulto

   Taglia 6 femori C di 15 × 50 mm e 6 tibie D di 15 × 55 mm con punta a V, tutti con le onde del cartone nel senso della lunghezza. Impilali: devono essere identici.

   Verifica: Le 6 tibie impilate coincidono al millimetro.

4. Fai i fori adulto

   Fora i punti segnati (2 per femore, 1 per tibia, 1 per anca) con la punta di uno spiedino: devono venire di circa 2 mm, più piccoli del fermacampione, perché l'articolazione resti dura.

5. Incolla le anche sotto il corpo adulto

   Piega ogni anca B lungo la sua piega a 90°. Incolla la parte corta (20 × 10 mm) sotto il corpo su ogni linea radiale, con il foro verso l'esterno; la parte lunga pende verticale. Vicino al vertice la linguetta sporge un po' dal bordo dell'esagono: rifila a filo quell'angolo perché aderisca tutta.

   Verifica: Guardando il corpo da sotto, le 6 anche formano una stella, come i raggi di una ruota.

6. Monta le ginocchia

   Unisci ogni femore alla sua tibia con un fermacampione nel foro del ginocchio: il femore fuori, la tibia dentro. Apri le alette del fermacampione e schiacciale con forza contro il cartone.

   Verifica: La tibia ruota solo se la spingi con il dito e resta nella posizione in cui la lasci.

7. Monta le anche

   Unisci l'altro foro di ogni femore a un'anca con un fermacampione, con il femore all'esterno dell'anca. Stringi le alette come per le ginocchia.

8. Metti in posa le zampe

   Ruota ogni femore finché resta quasi orizzontale, salendo solo un po' verso l'esterno (circa 10°: se lo alzi di più, il suo bordo urta il corpo). Ruota ogni tibia finché scende quasi verticale fino al tavolo. Regola tutte e 6 finché il corpo resta orizzontale a circa 5 cm dal tavolo.

   Verifica: Il ragno sta in piedi da solo e non zoppica se lo spingi delicatamente dall'alto.

9. Incolla il portabatterie adulto

   Incolla il portabatterie con il suo interruttore al centro della faccia superiore del corpo con una goccia di colla a caldo o nastro biadesivo, con l'interruttore verso un lato per poterlo azionare.

10. Incolla il motorino adulto

    Incolla il motorino sulla metà posteriore del corpo, al centro e per lungo, con l'albero rivolto all'indietro. Metti la colla a caldo solo sul corpo del motorino (non sul contrappeso). Il contrappeso deve sporgere di 5 mm dal bordo posteriore per girare senza toccare nulla.

    Verifica: Fai girare il contrappeso con il dito: gira libero, senza strisciare su fili o cartone.

11. Sistema i fili

    Se i fili del motorino non arrivano al portabatterie, allungali con filo metallico sottile attorcigliando il rame e coprendo ogni giunta con nastro isolante. Fissa i fili in eccesso al corpo con del nastro perché non pendano fino alle zampe.

12. Metti gli occhi

    Incolla i due occhi mobili sul bordo anteriore del corpo (il lato segnato DAVANTI), a 15 mm di distanza.

13. Accendi e regola

    Metti il ragno su un tavolo liscio e accendi. Se gira in tondo, inclina di altri 10° all'indietro la tibia anteriore e quella posteriore di un lato oppure scambia i due fili del motorino (cambia il senso di rotazione). Se non avanza, inclina di circa 15° all'indietro le 4 tibie anteriori e posteriori (quelle della coppia centrale ruotano verso i lati: lasciale verticali); il ragno va dove «puntano» le ginocchia.

    Trucco: Fai una modifica alla volta e prova per 10 secondi ogni volta.

Funziona? La prova

Su un tavolo liscio, segna una partenza e un traguardo a 50 cm. Accendi e cronometra. Ripeti dopo aver regolato le zampe.

Cosa deve succedere: Il ragno vibra con un ronzio e avanza a saltelli a circa 1–3 cm/s, percorrendo 50 cm in 20–50 s, con un po' di deviazione. Con una pila nuova funziona di continuo per circa 30–60 minuti.

Se qualcosa non va

• Il motorino non vibra — Pila scarica o al contrario, giunta allentata o interruttore spento. Soluzione: Verifica che il + della pila sia verso l'alto, rifai le giunte e prova il motorino da solo.
• Vibra ma non si muove — Zampe troppo verticali o simmetriche, oppure il ragno è troppo pesante per il motorino. Soluzione: Inclina di circa 15° all'indietro le tibie anteriori e posteriori (quelle della coppia centrale possono ruotare solo verso i lati: lasciale verticali). Togli le decorazioni pesanti; il ragno deve pesare meno di 30 g.
• Gira sempre in tondo — Le zampe di un lato sono più inclinate o il motorino non è centrato. Soluzione: Pareggia le zampe o compensa inclinando quelle del lato opposto. Scambiare i fili del motorino inverte il senso della curva.
• Le zampe si piegano e il ragno si accascia — Fermacampioni allentati o fori troppo grandi. Soluzione: Stringi le alette del fermacampione, aggiungi una rondella di cartone o metti un punto di colla sull'articolazione una volta messa in posa la zampa.
• Fa rumore di sfregamento e si ferma — Il contrappeso tocca il cartone o un filo. Soluzione: Stacca il motorino e incollalo di nuovo con il contrappeso che sporge di 5 mm dal bordo.
• Funziona per qualche minuto e poi si indebolisce — La pila a bottone non regge bene correnti alte e si «stanca». Soluzione: Spegni per 1–2 minuti e si riprende in parte; usa una pila nuova o due LR44 in serie.

Sicurezza

• Pila a bottone: PERICOLO GRAVE se ingerita (ustioni interne in meno di 2 ore). Tienila fuori dalla portata dei bambini sotto i 6 anni, la pila la mette e la toglie un adulto e quelle esaurite vanno smaltite in un punto di raccolta pile. Se sospetti che un bambino ne abbia ingerita una, vai subito al pronto soccorso.
• Fermacampioni, occhi mobili e motorino sono pezzi piccoli: non adatti ai bambini sotto i 3 anni.
• Il taglierino e il punteruolo li usa un adulto, con tappetino da taglio e righello di metallo.
• La colla a caldo scotta: l'adulto la applica, il bambino indica dove.
• Non toccare il contrappeso del motorino mentre gira e raccogli i capelli lunghi.

La scienza che c'è dietro

Per i bambini

Dentro il motorino c'è un albero che gira velocissimo, e sulla punta ha un peso attaccato da un lato solo, come una trottola fatta male. Girando, il peso tira il motorino da una parte e dall'altra tantissime volte al secondo, e tutto il ragno trema. Siccome le sue zampe sono inclinate, ogni tremito gli fa fare un saltello piccolissimo verso dove puntano le zampe, proprio come quando saltelli su un piede solo stando inclinato. Centinaia di saltelli al secondo fanno camminare il ragno!

Per l'adulto

Il motorino vibrante ha una massa eccentrica (m ≈ 0,2–0,5 g a ≈ 1–2 mm dall'albero) che gira a 8000–12 000 giri/min (≈ 150–200 Hz). La forza centrifuga F = m·ω²·r ruota con essa (≈ 0,2–0,5 N, varie volte il peso del ragno di ≈ 25 g ≈ 0,25 N), per cui a ogni giro il ragno si scarica o si stacca brevemente dal suolo. Quando le zampe sono inclinate, la reazione del suolo a ogni contatto ha una componente orizzontale e l'attrito è asimmetrico: la zampa «fa presa» spingendo in un senso e scivola nell'altro (lo stesso principio dei bristlebot). Il risultato netto è un avanzamento nella direzione verso cui sono inclinate le zampe, più una componente di rotazione che dipende dal senso di rotazione del motorino (la coppia di reazione e la fase della forza rispetto a ciascuna zampa); per questo invertire la polarità cambia la curva. Elettricamente è un circuito in serie: pila CR2032 (3 V nominali, resistenza interna ≈ 10–20 Ω) → interruttore → motorino (≈ 30–40 Ω, 60–80 mA). La caduta sulla resistenza interna lascia ≈ 2–2,5 V al motorino, sufficienti per un vibrante da 3 V; un motorino 130 (≈ 2–3 Ω) richiederebbe correnti che la pila non può fornire. Le articolazioni sono coppie rotoidali a un grado di libertà con attrito sufficiente a mantenere la posizione (come un treppiede fotografico): la coppia che il peso esercita sull'anca, ≈ 0,04 N × 30 mm ≈ 1 mN·m, è contrastata dall'attrito di un fermacampione ben stretto.

• eccentrico: peso che gira fuori centro e fa vibrare il motorino.
• vibrazione: movimento avanti e indietro molto rapido.
• articolazione: giunto che lascia ruotare due pezzi, come il tuo ginocchio.
• polarità: qual è il polo + e quale il −; se la cambi, il motorino gira al contrario.
• circuito: percorso chiuso in cui circola l'elettricità.

Per età

• 5–7 anni: Non consigliato da fare da soli per via della pila a bottone e dei pezzi piccoli. L'adulto monta il ragno e il bambino mette in posa le zampe, attacca gli occhi e lo decora.
• 8–10 anni: L'adulto fora, incolla con la colla a caldo e gestisce la pila; il bambino taglia, monta le articolazioni e regola le zampe.
• 11–12 anni: Montaggio completo con supervisione. Sfida: misurare la velocità con angoli diversi e fare un grafico, oppure progettare zampe a 3 segmenti.

In gruppo o in classe

Coppie, un ragno per coppia (≈ 3 € tra motorino, pila e portabatterie). Prima: pretagliare le strisce delle zampe, provare tutti i motorini e tenere le pile in una busta controllata dall'insegnante. Sessione di 90 min: 10 min di dimostrazione dell'eccentrico (motorino libero in mano), 55 min di montaggio, 25 min di regolazioni e gara su una pista di cartone di 1 m con bordi. Tieni 2 motorini e 2 pile di scorta.

Sfide

• Fai percorrere al ragno in linea retta una pista di 1 m senza toccare i bordi.
• Aggiungi un paraurti di cartone davanti perché rimbalzi sulle pareti e continui a camminare.
• Progetta un insetto diverso (scarabeo, millepiedi) con lo stesso motorino.
• Metti due motorini, uno per lato, con interruttori separati per poter curvare a piacere.

Altri progetti gratis

• Mano meccanica con tendini
• Robot che balla vibrando
• Robot che disegna scarabocchi

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