Razzo-palloncino su un filo

Cosa imparerà

• La terza legge di Newton: il palloncino spinge l'aria all'indietro e l'aria spinge il palloncino in avanti.
• Che il filo guida elimina le giravolte pazze di un palloncino libero e trasforma tutta la spinta in avanzamento.
• Che l'attrito (cannuccia contro filo) e la gravità (filo inclinato) frenano il razzo.
• A misurare tempo e distanza e a calcolare la velocità media (v = distanza ÷ tempo).
• A fare prove corrette: gonfiare sempre allo stesso modo (calibro) e cambiare una sola cosa.

Prepara prima

• Stampa i calibri e i segni dei metri al 100 % e verifica la linea rossa di 50 mm nell'intestazione di ogni foglio.
• Cerca un corridoio o una stanza con 5 m liberi in linea retta e due punti di ancoraggio solidi alla stessa altezza (circa 1–1,2 m).
• Gonfia e sgonfia una volta ogni palloncino prima della sessione: il lattice si ammorbidisce e poi si gonfia più facilmente.
• Tieni dei palloncini di ricambio: qualcuno si buca o perde la forma.

Materiali e attrezzi

• Palloncini allungati — 3–5 da comprare
  «palloncini allungati» o «a salsiccia» di circa 10 × 40 cm gonfi (non quelli da modellare di 5 cm, che sono molto faticosi da gonfiare)
• Cannuccia — 1–2
  dritta, di plastica o di carta, Ø 6–8 mm
• Filo liscio — 5 m (+ 1 m per i nodi)
  filo da pesca di nylon 0,3–0,5 mm o spago liscio da aquilone
• Nastro adesivo — 1 rotolo
  trasparente o di carta, da 19 mm
• Molletta da bucato — 1
  di legno o di plastica, per chiudere il beccuccio mentre incolli
• Due sedie pesanti o due maniglie di porta — 2
  distanti circa 4,5–5 m
• Cartoncino — 1 foglio A4
  200–300 g/m², per i calibri e i segni di distanza

Attrezzi

• Forbici — tagliare la cannuccia, il nastro e i calibri
• Metro a nastro — misurare la pista e la distanza percorsa
• Cronometro (quello del cellulare) — misurare il tempo del percorso
• Pompetta per palloncini (facoltativa) — gonfiare senza stancarsi e senza saliva

Pezzi e sagome

• A · Guida (pezzo di cannuccia) ×1 — cannuccia Ø 6–8 mm
• B · Filo guida ×1 — filo da pesca 0,3–0,5 mm
• C · Calibro «pieno» (Ø 110 mm) ×1 — cartoncino 200–300 g/m²
• D · Calibro «medio» (Ø 80 mm) ×1 — cartoncino 200–300 g/m²
• E · Segni di distanza ×5 — cartoncino

Passo passo

1. Taglia la cannuccia

   Taglia un pezzo di cannuccia di 80 mm (A). Se la cannuccia è pieghevole, usa la parte dritta.

2. Infila il filo

   Taglia 6 m di filo da pesca (B) e fai passare una punta dentro la cannuccia. Fai scorrere la cannuccia fino al centro del filo.

   Verifica: Tieni il filo inclinato: la cannuccia deve scivolare giù da sola senza incastrarsi.

3. Lega la prima estremità adulto

   Lega una punta del filo allo schienale di una sedia pesante (o a una maniglia) a 1–1,2 m dal pavimento, con due nodi. Quella sarà la partenza.

4. Tendi la pista adulto

   Porta l'altra punta alla seconda sedia, a 4,5–5 m, e legala alla stessa altezza tirando forte. Allontana un po' la sedia per tendere di più se serve.

   Verifica: Al centro il filo non deve scendere più di 3–5 cm. Se pende di più, il palloncino rallenta salendo la salita finale.

5. Segna i metri

   Incolla i segni E sul pavimento sotto il filo, uno ogni metro dalla partenza (1, 2, 3, 4 e 5 m).

6. Gonfia il palloncino

   Gonfia un palloncino allungato finché passa giusto nel calibro «pieno» di 110 mm (C). Non legarlo: chiudi il beccuccio con la molletta da bucato, dopo averlo attorcigliato di mezzo giro.

   Trucco: Se i bambini non riescono a gonfiarlo, usa una pompetta per palloncini o fallo gonfiare a un adulto.

7. Fissa il palloncino sotto la cannuccia

   Porta la cannuccia all'estremità di partenza. Metti il palloncino sotto, con il suo asse parallelo al filo e il beccuccio verso la partenza. Incolla 2 strisce di nastro di 12 cm trasversali, distanti 4 cm, che abbraccino la cannuccia e scendano lungo i lati del palloncino.

   Verifica: Guarda da dietro: il beccuccio deve stare proprio sotto il filo, al centro, non storto da un lato.

8. Conto alla rovescia e via

   Uno tiene il palloncino, un altro prepara il cronometro. Al tre, togli la molletta e lascia il palloncino nello stesso momento. Ferma il cronometro quando arriva in fondo o si ferma.

   Verifica: Il palloncino deve partire in linea retta senza girare attorno al filo. Se gira, rimetti il beccuccio al centro.

9. Misura e calcola

   Annota la distanza percorsa (con i segni) e il tempo. Dividi la distanza per il tempo: se percorre 5 m in 2,5 s, la velocità media è 2 m/s.

10. Ripeti per confrontare

    Per ricaricare, stacca con cura solo il nastro di un lato, gonfia di nuovo allo stesso calibro, chiudi con la molletta e incolla di nuovo. Fai 3 lanci per ogni prova e calcola la media.

    Trucco: Metti strisce di nastro nuove ogni 2–3 lanci; se nonostante questo non tengono bene, cambia palloncino.

Funziona? La prova

Pista di 5 m di filo da pesca ben teso e orizzontale, palloncino allungato gonfiato al calibro di 110 mm. Lascia dal segno 0 e cronometra.

Cosa deve succedere: Il palloncino percorre i 5 m in circa 2–3 s (velocità media di 1,7–2,5 m/s) e arriva in fondo ancora con un po' d'aria. Gonfiato al calibro «medio» (80 mm) di solito si ferma a 2–4 m. Con un filo di lana ruvida percorre meno della metà.

Se qualcosa non va

• Il palloncino gira attorno al filo e resta appeso — Palloncino fissato sopra il filo o beccuccio storto. Soluzione: Fissa il palloncino sotto la cannuccia, con il beccuccio centrato proprio sotto il filo.
• Si ferma a metà pista — Filo ruvido, filo lento (salita alla fine) o palloncino poco gonfio. Soluzione: Usa filo da pesca, tendi di più e gonfia al calibro «pieno».
• Parte facendo curve e sbatte contro il filo — Palloncino fissato storto rispetto al filo. Soluzione: Allinea il palloncino parallelo al filo prima di incollare le strisce.
• Il palloncino si sgonfia prima di lasciarlo — Beccuccio chiuso male. Soluzione: Attorciglia il beccuccio di mezzo giro e chiudilo con la molletta da bucato.
• Il nastro si stacca dal palloncino — Palloncino con polvere o talco, o nastro riutilizzato. Soluzione: Pulisci il palloncino con un panno asciutto e usa strisce nuove ogni 2–3 lanci.
• Il palloncino scoppia quando lo gonfi — Gonfiaggio eccessivo. Soluzione: Fermati quando arrivi al calibro di 110 mm; i palloncini allungati si rompono all'estremità se li forzi.

Sicurezza

• Palloncini: rischio di soffocamento per i minori di 8 anni con palloncini sgonfi o pezzi di palloncini rotti. Un adulto li sorveglia e raccoglie subito i resti.
• Verifica se qualcuno del gruppo è allergico al lattice; in quel caso, usa palloncini senza lattice.
• Segnala il filo con nastri colorati appesi: all'altezza del collo è pericoloso se qualcuno corre per la stanza.
• I palloncini sono a uso individuale (ogni bambino il suo) oppure si gonfiano con la pompetta.
• Non legare il filo a porte che qualcuno potrebbe aprire di colpo.

La scienza che c'è dietro

Per i bambini

Il palloncino gonfio sta stringendo l'aria che ha dentro, come quando stringi una bottiglia d'acqua. Quando apri il beccuccio, l'aria schizza fuori all'indietro. Ed ecco la magia: se il palloncino spinge l'aria all'indietro, l'aria spinge il palloncino in avanti, proprio come quando sei sui pattini e spingi un muro: tu vai all'indietro. Il filo è come un binario del treno: non lascia che il palloncino impazzisca per la stanza e lo porta dritto fino al traguardo.

Per l'adulto

Il lattice teso mantiene l'aria interna a una sovrapressione di circa 2–4 kPa. Aprendo il beccuccio, l'aria esce attraverso la sezione del beccuccio (≈ 0,5 cm²) ad alta velocità; la variazione della quantità di moto dell'aria espulsa all'indietro implica, per la conservazione della quantità di moto (terza legge di Newton), una forza uguale e di verso opposto sul palloncino: spinta ≈ 2·ΔP·A ≈ 0,2–0,4 N per 1–2 s. Il palloncino con la cannuccia pesa ≈ 5 g più l'aria, quindi l'accelerazione iniziale è molto alta e la velocità è limitata dalla resistenza aerodinamica (proporzionale a v²) e dall'attrito della cannuccia sul filo. Il filo guida limita il moto a un solo grado di libertà: senza di esso, qualsiasi disallineamento tra la linea di spinta e il centro di massa produce una coppia che fa girare il palloncino in modo caotico. Per questo conviene che il palloncino penda sotto il filo (centro di massa più in basso, posizione stabile) e che il beccuccio sia allineato. Inclinando il filo, la componente del peso lungo il filo (m·g·sen α) si sottrae alla spinta. Un palloncino più gonfio porta più aria e a una pressione un po' maggiore: più impulso totale e maggiore gittata. È lo stesso principio dei razzi veri, che non «si appoggiano» all'aria, ma espellono massa all'indietro.

• azione e reazione: se spingi qualcosa, quel qualcosa spinge te con la stessa forza in verso opposto.
• propulsione: avanzare espellendo qualcosa all'indietro (aria, acqua, gas).
• attrito: forza che frena quando due cose si sfregano (la cannuccia e il filo).
• velocità media: distanza percorsa divisa per il tempo impiegato.
• guida: percorso (binario, filo) che obbliga qualcosa a muoversi in linea retta.

Per età

• 5–7 anni: L'adulto lega la pista e gonfia. Il bambino infila la cannuccia, incolla le strisce e lascia andare. Concentrati su «l'aria va indietro, il palloncino va avanti».
• 8–10 anni: Montano la pista a coppie, usano il calibro e cronometrano. Calcolano la velocità con la calcolatrice.
• 11–12 anni: Fanno tabelle e grafici della distanza rispetto al gonfiaggio e all'inclinazione, e calcolano la velocità media. Sfida: misurare la massa del palloncino e stimare la spinta.

In gruppo o in classe

Squadre di 3 (chi gonfia, chi lancia e chi cronometra), con 2–3 piste parallele di 5 m distanti 1 m in palestra o nel corridoio per fare le gare. Per squadra: 3 palloncini, 1 cannuccia, 1 molletta e nastro. Prima: tendere le piste e incollare i segni dei metri. Sessione di 40 min: 5 min di dimostrazione, 10 min di preparazione, 20 min di gare ed esperimenti (ogni squadra prova una variabile) e 5 min di confronto finale.

Sfide

• Vinci una gara su due fili paralleli contro un'altra squadra.
• Costruisci un razzo che salga un filo verticale di 2 m.
• Costruisci una carenatura di cartoncino (muso e alette) che pesi meno di 3 g e verifica se va più veloce.
• Fai tornare indietro il palloncino: monta una pista di andata e ritorno con due palloncini in versi opposti.
• Calcola la velocità media del tuo lancio migliore in km/h (moltiplica i m/s per 3,6).

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