Reazione a catena da tavolo

Cosa imparerà

• Che l'energia passa da un oggetto all'altro (potenziale → movimento → suono) e che a ogni passaggio se ne perde un po': per questo ogni tappa deve partire più in basso della precedente o ricevere una spinta sufficiente.
• Come funziona una leva: un peso piccolo lontano dal punto di appoggio può muoverne uno più grande vicino a esso (momento = peso × distanza).
• Che un sistema complesso si costruisce e si mette a punto tappa per tappa, partendo dalla fine, e che l'affidabilità si misura ripetendo (3 su 3).
• A misurare e registrare: distanze tra le tessere, angoli della rampa, tempi della catena completa.

Prepara prima

• Libera un tavolo stabile di almeno 120 × 60 cm, lontano dal passaggio delle persone (qualsiasi urto al tavolo fa cadere le tessere).
• Stampa le sagome al 100 % e verifica la linea rossa di 50 mm nell'intestazione di ogni foglio. I pezzi A e C misurano più di 27 cm: tracciali con il righello sul cartone.
• Prova la macchinina: mettila su una cartellina inclinata di 10° (un'estremità su un libro di 3 cm, 20 cm di cartellina) e verifica che scenda rotolando da sola.
• Prepara la plastilina in palline di 1 cm (≈ 1 g ciascuna) per regolare l'altalena.
• Se lavori con più bambini, dividi le tappe: ognuno costruisce e prova la sua prima di unirle.

Materiali e attrezzi

• Cartone ondulato — 2 fogli di 50 × 40 cm
  a onda singola, 3–4 mm (scatola da spedizione)
• Biglie — 2 (1 di ricambio)
  di vetro, Ø 16 mm (≈ 5 g); se ne hai una di Ø 25 mm, meglio
• Tessere del domino — 10–15
  di un gioco normale, ≈ 48 × 24 × 7 mm (≈ 8 g)
• Macchinina giocattolo — 1
  tipo Hot Wheels o Matchbox, ≈ 75 × 30 mm, con ruote che girano libere
• Bicchiere di plastica — 1–2
  usa e getta o riutilizzabile, 200 ml (≈ 9 cm di altezza)
• Chiavi o sonaglio — 1 mazzetto piccolo (2–3 chiavi) o 1 sonaglio
  perché il bicchiere suoni come una campana
• Filo resistente — 40 cm
  cordino sottile o filo per aquiloni
• Libri — 6–8
  per fare una pila di 20 cm e due pile di 18 cm (ponte del bicchiere)
• Spiedino di legno o righello — 1 da 30 cm
  traversa del ponte da cui pende il bicchiere
• Plastilina — ≈ 20 g
  per i contrappesi dell'altalena e per fissare il blocchetto della rampa
• Nastro adesivo — 1 rotolo
  nastro di carta (si stacca senza rovinare libri né tavolo)
• Colla vinilica o colla a caldo — un po'
  per chiudere il prisma del fulcro e incollare il fermo e la piastra

Attrezzi

• Taglierino, righello di metallo e tappetino da taglio — tagliare canali e pezzi di cartone adulto
• Penna scarica — segnare le pieghe
• Forbici — ritagliare sagome e pezzi piccoli
• Metro a nastro — mettere ogni tappa al suo posto sulla pianta
• Telefono — cronometrare e filmare al rallentatore

Pezzi e sagome

• A · Canale della rampa 1 ×1 — cartone ondulato 3 mm
• B · Blocchetto d'uscita della rampa (25 mm) ×1 — cartone ondulato 3 mm
• C · Pista-altalena (leva) ×1 — cartone ondulato 3 mm
• D · Fermo della macchinina ×1 — cartone ondulato 3 mm
• E · Fulcro (prisma triangolare) ×1 — cartone ondulato 3 mm
• F · Piastra d'impatto del domino ×1 — cartone ondulato 3 mm
• G · Tessere del domino di cartone (se non hai il domino) ×24 — cartone ondulato 3 mm
• H · Rialzo dell'estremità S (20 mm) ×5 — cartone ondulato 4 mm
• I · Righello per posizionare le tessere ×1 — carta o cartoncino

Passo passo

1. Scegli l'azione finale e pianifica

   L'azione finale sarà «suonare la campana»: un bicchiere appeso con dentro delle chiavi. Copia su un foglio A4 la pianta del tavolo (vedi disegno) e segna sul tavolo con nastro di carta la posizione di ogni tappa.

   Trucco: Scrivi il numero della tappa su ogni pezzo di nastro: 1 rampa, 2 domino, 3 altalena, 4 macchinina, 5 bicchiere, 6 campana.

2. Costruisci la campana (tappe 5 e 6)

   Fai due pile di libri di 18 cm distanti 25 cm e metti sopra lo spiedino o il righello come ponte. Lega 2–3 chiavi a un filo di 3 cm e fissa con il nastro l'altra estremità dentro il fondo del bicchiere, così pendono libere e urtano le pareti. Lega il filo lungo al fondo, all'esterno, e appendi il bicchiere capovolto al ponte, con il bordo a 15 mm dal tavolo.

   Verifica: Spingi a mano la macchinina verso il bicchiere da 20 cm: il bicchiere deve oscillare e le chiavi suonare. Ripeti 3 volte.

3. Costruisci la pista-altalena adulto

   Taglia il pezzo C (100 × 300 mm), segna le pieghe a 20 e 80 mm e piegalo a U. Incolla il fermo D sulla linea dei 210 mm e la piastra F sulla faccia esterna di una parete, all'estremità X.

   Verifica: La macchinina entra nel canale e rotola sul fondo senza che le ruote sfreghino contro le pareti.

4. Monta il fulcro e il rialzo

   Piega il pezzo E in un prisma triangolare di 35 mm di lato e chiudilo con la sua linguetta. Incolla i cinque strati H per fare un rialzo alto 20 mm.

   Verifica: Il prisma appoggiato su una faccia è alto 30 mm fino allo spigolo.

5. Posiziona l'altalena

   Metti il fulcro sul suo segno, perpendicolare alla direzione della macchinina. Appoggia la pista con la linea dei 150 mm sullo spigolo e uniscile con una striscia di nastro di 5 cm che faccia da cerniera. Metti il rialzo H sotto l'estremità S. L'estremità X deve restare a 25–30 cm dal bicchiere, puntata verso di esso.

   Verifica: Con l'estremità S sul rialzo, l'estremità X resta a circa 40 mm dal tavolo.

6. Regola l'equilibrio (la tappa delicata) adulto

   Metti la macchinina sulla pista appoggiata contro il fermo D. Attacca palline di plastilina da 1 g sotto l'estremità S finché la pista resta ferma sul rialzo, ma, lasciando cadere una tessera del domino da 5 cm sulla piastra F, bascula e la macchinina parte rotolando.

   Verifica: 3 su 3: tre volte di fila resta ferma e tre volte di fila una tessera la fa scattare.
   Trucco: Se scatta da sola, aggiungi 1 g in S. Se la tessera non la muove, togli 1 g. Di solito servono tra 2 e 5 g.

7. Prova altalena + macchinina + campana

   Con tutto in posizione, lascia cadere una tessera sulla piastra F. L'altalena bascula, la macchinina scende, percorre 25–30 cm sul tavolo e colpisce il bicchiere. Correggi la mira girando un po' la pista.

   Verifica: Le chiavi suonano 3 volte su 3. Se la macchinina devia, metti sul tavolo due strisce di nastro come «guardrail».

8. Posiziona le tessere

   Metti il righello I sul tavolo, parallelo alla pista (nella corsia accanto) e puntato verso la piastra F. Metti 10 tessere, una su ogni tacca, con l'ultima a 20 mm dal bordo della piastra. Togli il righello facendolo scivolare piano.

   Verifica: Spingi con un dito la tessera 1: cadono tutte e l'ultima cade sulla piastra F e fa scattare l'altalena.
   Trucco: Lascia un «buco di sicurezza» togliendo la tessera 5 mentre posizioni le altre, e mettila per ultima: così un urto accidentale non fa cadere tutto.

9. Costruisci la rampa della biglia adulto

   Taglia il pezzo A (90 × 400 mm), segna le pieghe a 25 e 65 mm e piegalo a U. Piega il blocchetto B in un tubo di 25 × 25 mm e chiudilo con il nastro.

   Verifica: La biglia rotola lungo tutto il canale senza uscire.

10. Posiziona la rampa

    Fai una pila di libri di 20 cm. Appoggia sopra l'estremità SOPRA del canale e l'USCITA sul blocchetto B, allineata con la fila di tessere e a 5 mm dalla prima. Fissa i due appoggi con il nastro.

    Verifica: Lascia andare la biglia: deve colpire la prima tessera nella metà superiore e farla cadere in avanti (prova con la tessera da sola, senza le altre).

11. Prova la catena completa

    Posiziona tutto, controlla che la tessera 5 sia al suo posto e lascia andare la biglia dall'alto senza spingerla. Osserva ogni tappa e annota quale fallisce se qualcosa non va.

    Verifica: L'intera catena funziona 3 volte di fila. Se fallisce, prova solo il collegamento che non ha funzionato.

12. Fissa e filma

    Quando funziona 3 su 3, segna con il nastro la posizione esatta di ogni pezzo sul tavolo per poterla rimontare in 2 minuti. Filmala di lato con il telefono, al rallentatore se puoi, e cronometra da quando lasci la biglia a quando suonano le chiavi.

Funziona? La prova

Rimonta la catena 5 volte e lascia andare la biglia ogni volta. Cronometra da quando la lasci a quando suonano le chiavi e annota in quale tappa fallisce ogni tentativo non riuscito.

Cosa deve succedere: La catena completa dura circa 3–5 s e funziona almeno 4 volte su 5. La tappa che fallisce più spesso di solito è l'altalena (bisogna ritoccare la plastilina di 1 g) o la prima tessera (la biglia arriva storta).

Se qualcosa non va

• La biglia non fa cadere la prima tessera (la spinge o la evita) — Colpisce troppo in basso o arriva di lato. Soluzione: Assicurati che l'uscita sia sul blocchetto B da 25 mm e a 5 mm dalla tessera, allineata; se ce l'hai, usa una biglia più grande.
• La fila di tessere si ferma a metà — Tessere troppo distanti o una storta. Soluzione: Usa il righello I (25 mm); nelle curve, ruota ogni tessera solo di pochi gradi rispetto alla precedente.
• L'altalena scatta da sola — Manca peso all'estremità S oppure il tavolo vibra. Soluzione: Aggiungi 1 g di plastilina in S e non toccare il tavolo mentre posizioni il resto.
• La tessera cade sulla piastra ma l'altalena non si muove — Troppo contrappeso in S oppure la tessera cade sul bordo della piastra. Soluzione: Togli 1 g di plastilina; avvicina l'ultima tessera a 15–20 mm dalla piastra perché cada al centro.
• La macchinina non parte o si ferma sulla pista — Le ruote sfregano contro le pareti oppure la pendenza è scarsa. Soluzione: Verifica che il fondo misuri 60 mm; alza il fulcro mettendoci sotto un cartone da 5 mm per avere più inclinazione dopo lo scatto.
• La macchinina non arriva al bicchiere o lo manca — Tavolo irregolare o pista orientata male. Soluzione: Avvicina il bicchiere (20 cm) e metti sul tavolo guardrail di nastro o due righelli.
• Il bicchiere si muove ma non suona — Le chiavi non pendono libere (sono attaccate al bicchiere o il loro filo è troppo corto) oppure il colpo è debole. Soluzione: Appendile a un filo di 3 cm fissato al fondo perché urtino le pareti; abbassa il bicchiere così la macchinina lo colpisce sul bordo.

Sicurezza

• Il taglierino lo usa un adulto con righello di metallo e tappetino da taglio.
• Biglie e tessere piccole: rischio di soffocamento per i bambini sotto i 3 anni; raccoglile tutte alla fine.
• Pile di libri stabili (non più di 25 cm) e lontane dal bordo del tavolo, perché non cadano sui piedi.
• Non calpestare le biglie sparse: raccoglile subito da terra per evitare di scivolare.

La scienza che c'è dietro

Per i bambini

Quando porti la biglia in cima alla rampa, le dai un'energia immagazzinata, come una molla compressa. Quando la lasci andare, quell'energia diventa movimento e passa alle tessere del domino, che si spingono l'una con l'altra come una fila di bambini che cadono. L'ultima preme l'altalena, che è come un'altalena a bilico per due: un lato scende e l'altro sale, e la macchinina, che stava aspettando, rotola in discesa. Alla fine l'energia arriva al bicchiere e le chiavi la trasformano in suono. A ogni passaggio se ne perde un pochino, per questo ogni tappa parte un po' più in basso.

Per l'adulto

Ogni tappa è una conversione di energia con un «innesco» che libera energia immagazzinata. La biglia (5 g) a 20 cm ha Ep = m·g·h ≈ 0,01 J; rotolando, 5/7 di quell'energia diventano traslazione (v ≈ 1,7 m/s). Le tessere del domino amplificano: ognuna libera la propria energia potenziale cadendo (centro di massa da 24 mm a ~4 mm), così l'onda si propaga con energia quasi costante anche se l'impulso iniziale è piccolo; la distanza ottimale è tra 0,5 e 0,7 volte l'altezza della tessera. L'altalena è una leva di primo genere in equilibrio quasi indifferente: la condizione di riposo è Σ(m·d) in S > Σ(m·d) in X, e basta un momento in più di ~1 000 g·mm (tessera da 8 g a 12 cm dall'appoggio) più l'impulso dell'urto per invertirla. Basculando, la macchinina si trova su una pendenza di ≈ 11° (30 mm di fulcro su 150 mm di braccio) e scende di circa 4 cm, acquistando ≈ 0,9 m/s; il suo peso, spostandosi verso X, rinforza il basculamento (sistema bistabile). Il bicchiere funziona come un pendolo: l'energia cinetica della macchinina si trasferisce al bicchiere e le chiavi la dissipano in suono. Un grafico dell'altezza per tappa mostra che, senza apporti esterni, ogni tappa deve partire da un'energia potenziale minore della precedente, a meno che non liberi energia propria immagazzinata (domino, altalena carica).

• reazione a catena: serie di eventi in cui ognuno provoca il successivo.
• energia potenziale: energia immagazzinata perché un oggetto è in alto (o in equilibrio instabile, come una tessera del domino in piedi).
• energia cinetica: energia che ha un oggetto perché si muove.
• leva: barra che ruota su un punto di appoggio (fulcro) e permette di muovere pesi.
• fulcro: punto di appoggio su cui ruota una leva.
• innesco: piccola spinta che libera un'energia che era immagazzinata.

Per età

• 5–7 anni: L'adulto costruisce altalena e rampa; i bambini posizionano le tessere con il righello, appendono il bicchiere e lasciano andare la biglia. Ridurre a 4 tappe: rampa, domino, macchinina spinta dall'ultima tessera, bicchiere.
• 8–10 anni: Costruiscono tutti i pezzi con aiuto per il taglierino e regolano da soli l'altalena con la plastilina, annotando quanti grammi hanno usato. Lavoro a coppie, una tappa per coppia.
• 11–12 anni: Fai loro progettare e aggiungere 2 tappe proprie (carrucola con filo, seconda biglia, LED), calcolare l'affidabilità e documentare la macchina con un disegno in scala.

In gruppo o in classe

Una macchina per classe divisa in 6 squadre, una per tappa, ognuna con la sua postazione di prova su un tavolo. Prima: stampare e pretagliare i pezzi, preparare 2 domino, 2 macchinine e libri. Sessione 1 (60 min): ogni squadra costruisce e prova la propria tappa da sola (3 su 3). Sessione 2 (60 min): unire le tappe dalla fine verso l'inizio su un tavolo lungo, provando ogni collegamento. Finale: ripresa video della catena completa con tutta la classe in silenzio.

Sfide

• Fai fare alla catena un'inversione a U con tessere in curva.
• Aggiungi una tappa con carrucola: un bicchiere che scende con una biglia dentro solleva una bandierina di cartone.
• Fai funzionare la macchina 10 volte su 10.
• Rendi utile l'azione finale: versare cereali in una ciotola o girare un cartello con scritto «BUONGIORNO».
• Raddoppia la catena: fai in modo che la biglia attivi due rami che finiscano nello stesso momento.

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• Ponte di carta a fisarmonica
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• Ponte levatoio del castello
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