Telefono a filo

Cosa imparerà

• Che il suono è una vibrazione e che ha bisogno di un mezzo (aria, filo, legno) per viaggiare.
• Che un filo teso trasmette le vibrazioni molto meglio dell'aria alla stessa distanza, mentre uno lento o che sfrega le perde.
• Che il fondo del bicchiere funziona come una membrana: trasforma le vibrazioni dell'aria in vibrazioni del filo e viceversa (proprio come un microfono e un altoparlante).
• A confrontare i materiali in modo ordinato: cambiando una sola cosa alla volta (filo, bicchiere, distanza).

Prepara prima

• Stampa il pezzo A (centratore) al 100 % oppure disegna il fondo del bicchiere su un foglio e trova il centro piegandolo in quattro.
• Se i bambini hanno meno di 7 anni, fai tu i fori prima della sessione.
• Cerca uno spazio di almeno 6 m in linea retta senza ostacoli (corridoio lungo, cortile, parco).
• Se usi filo di cotone, ceralo passandolo 3–4 volte su una candela fredda: trasmette meglio e non si sfilaccia.

Materiali e attrezzi

• Bicchieri — 2
  di plastica rigida o di carta cerata, circa 200 ml (Ø 7 cm bocca, Ø 5 cm fondo, 9 cm di altezza); tutti e due uguali
• Filo — 5 m (fino a 15 m)
  spago da cucina, spago sottile o filo da pesca di nylon da 0,3–0,5 mm
• Stuzzicadenti — 1
  si usano 2 pezzetti da 15 mm
• Nastro adesivo — 2 pezzi da 2 cm
  per rinforzare il foro dall'interno
• Plastilina — 1 pallina da 2 cm
  appoggio all'interno del fondo mentre si fora; poi si toglie
• Candela o barretta di cera (facoltativa) — 1
  per cerare un filo di cotone, così trasmette meglio
• Adesivi o pennarelli — a piacere
  per decorare l'esterno dei bicchieri

Attrezzi

• Puntina o ago grosso — forare il centro del fondo (1–1,5 mm), con la plastilina all'interno come appoggio adulto
• Forbici — tagliare il filo e spezzare lo stuzzicadenti
• Metro a nastro o metro — misurare il filo e le distanze di prova
• Ago da lana o un pezzo di fil di ferro piegato (facoltativo) — infilare il filo nel foro se fa fatica a passare

Pezzi e sagome

• A · Centratore del fondo del bicchiere ×2 — carta
• B · Fermi di stuzzicadenti ×2 — stuzzicadenti
• C · Filo ×1 — spago da cucina cerato o filo da pesca 0,3–0,5 mm

Passo passo

1. Scegli e prepara i bicchieri

   Prendi due bicchieri uguali da circa 200 ml. Premi delicatamente il fondo con un dito: deve essere solido e piatto, senza crepe. Decorali adesso all'esterno con adesivi o pennarelli (dopo è più difficile).

   Verifica: Tutti e due i bicchieri hanno il fondo liscio e non si ammaccano quando li premi.

2. Segna il centro

   Ritaglia il centratore A della misura del tuo fondo (50, 40 o 30 mm) e fissalo con il nastro sotto il fondo di ogni bicchiere. Il punto centrale indica dove va il foro.

3. Fai il foro adulto

   Schiaccia una pallina di plastilina di circa 2 cm all'interno del bicchiere, contro il centro del fondo, e metti il bicchiere capovolto sul tavolo: la plastilina sostiene il fondo perché non si deformi. Trapassa il centro con una puntina o un ago grosso, da fuori verso dentro, fino a piantarlo nella plastilina. Togli la plastilina. Il foro deve essere di 1–1,5 mm, solo un po' più grosso del filo.

   Trucco: Se il bicchiere è di carta, incolla prima un pezzetto di nastro all'interno del fondo: il foro non si strapperà quando tiri.

4. Prepara i fermi

   Spezza uno stuzzicadenti con le forbici in due pezzi da 15 mm (B), togliendo le punte. Taglia 5,2 m di filo (C) misurandolo sul pavimento con il metro.

5. Fai passare il filo nel primo bicchiere

   Infila un capo del filo nel foro da fuori, dal fondo, e fallo uscire dalla bocca del bicchiere per circa 10 cm. Se il filo si sfilaccia, attorciglia la punta con un po' di nastro o usa un ago da lana.

6. Lega il primo fermo

   Lega il capo del filo al centro di un pezzetto di stuzzicadenti con un doppio nodo stretto. Tira il filo da fuori finché lo stuzzicadenti resta piatto contro il fondo, all'interno. Taglia l'avanzo a 5 mm dal nodo.

   Verifica: Tira forte il filo: lo stuzzicadenti non deve uscire dal foro né mettersi di punta.

7. Monta il secondo bicchiere

   Ripeti con l'altro bicchiere all'altro capo del filo: fai passare il filo da fuori attraverso il fondo, legalo al secondo stuzzicadenti e tira finché lo stuzzicadenti resta appoggiato al fondo.

   Verifica: I due bicchieri hanno le bocche rivolte verso l'esterno, una per ogni lato del filo.

8. Allontanatevi fino a tendere il filo

   Ognuno prende un bicchiere e camminate in direzioni opposte finché il filo resta dritto, a 5 m. Tirate quanto basta perché non penda, senza tendere tanto da deformare il fondo.

   Verifica: Il filo forma una linea retta e non tocca il pavimento, alberi, spigoli o persone.

9. Parla e ascolta

   Uno appoggia la bocca del bicchiere intorno alla bocca e parla con voce normale e chiara. L'altro appoggia il bordo del suo bicchiere intorno all'orecchio (senza infilarlo dentro) e si tappa l'altro orecchio con la mano. Poi scambiatevi.

   Trucco: Fate a turno dicendo «passo» alla fine di ogni frase, come i radioamatori: se parlate tutti e due insieme, non si capisce niente.

10. Verifica la differenza

    Ripetete la stessa frase con il filo lento (avvicinatevi di 50 cm) e poi con il filo teso ma toccato al centro da una terza persona con due dita. Confrontate quello che si sente in ogni caso.

    Verifica: Con il filo lento o pizzicato la voce quasi sparisce; quando lo lasci e lo tendi di nuovo, ritorna.

Funziona? La prova

A 5 m di distanza, con il filo teso, uno sussurra una parola segreta dentro il bicchiere. L'altro la ascolta con il bicchiere e poi senza (solo attraverso l'aria).

Cosa deve succedere: Con il bicchiere la parola sussurrata si capisce chiaramente; senza bicchiere, a 5 m, un sussurro non si sente. Con un buon filo e bicchieri rigidi funziona fino a 15–20 m.

Se qualcosa non va

• Non si sente niente — Il filo è lento o sfrega contro qualcosa (pavimento, spigolo, la mano). Soluzione: Allontanatevi di più finché resta dritto e cercate una linea senza ostacoli.
• Lo stuzzicadenti esce dal foro — Il foro è troppo grande o lo stuzzicadenti è troppo corto. Soluzione: Usa un pezzo di stuzzicadenti da 15–20 mm legato al centro oppure metti un bottone. Copri un foro grande con il nastro e fanne uno nuovo.
• Si sente molto piano — Filo grosso e peloso o bicchiere di plastica morbida. Soluzione: Passa a un filo da pesca sottile o a un filo cerato, e a bicchieri di plastica rigida o vasetti di yogurt.
• Il fondo del bicchiere si rompe quando tiri — Bicchiere di carta senza rinforzo o tensione eccessiva. Soluzione: Rinforza il fondo all'interno con un pezzo di nastro e tira con meno forza: basta che il filo non penda.
• Si sente un rumore di sfregamento o un ronzio — Le dita toccano il filo o lo stuzzicadenti vibra contro il fondo. Soluzione: Tieni il bicchiere solo dal lato. Se lo stuzzicadenti vibra, fissalo al fondo con un pezzetto di nastro.
• Il suono si sente ma non si capisce — Si parla troppo forte o troppo in fretta e il bicchiere satura. Soluzione: Parla con voce normale, piano e scandendo bene. Gridare non aiuta.

Sicurezza

• Con i bambini sotto i 7 anni la puntina o l'ago li usa un adulto; sostieni il fondo all'interno con la plastilina e tieni il bicchiere dal lato, mai con la mano sotto il punto che stai forando.
• I pezzetti di stuzzicadenti sono parti piccole: tienili fuori dalla portata dei bambini sotto i 3 anni.
• Non tendete il filo attraverso zone di passaggio, scale o dove passano biciclette: qualcuno può inciampare o restarci impigliato con il collo.
• Non gridare dentro il bicchiere quando l'altro lo ha sull'orecchio e non dare strattoni al filo mentre ascolta.
• Se usi lattine, lima i bordi e coprili con nastro isolante: tagliano.

La scienza che c'è dietro

Per i bambini

Quando parli, la tua voce fa tremare l'aria, e quel tremolio fa tremare il fondo del bicchiere come la pelle di un tamburo. Il fondo tira e lascia il filo molto, molto in fretta, e il tremolio corre lungo il filo fino all'altro bicchiere. Lì il fondo torna a tremare e muove l'aria vicino all'orecchio del tuo amico, che sente la tua voce. Se il filo è lento, il tremolio si perde, come quando provi a spingere qualcuno con una corda molle.

Per l'adulto

Il suono è un'onda meccanica di pressione. Quando si parla, la pressione dell'aria dentro il bicchiere oscilla (≈ 100–4000 Hz per la voce) e fa vibrare il fondo, che funziona da diaframma accoppiato al filo. Il filo teso trasmette la perturbazione come onda longitudinale (e in parte trasversale) a una velocità che dipende dalla sua rigidità e tensione: da diverse centinaia a migliaia di m/s nel nylon, contro i 343 m/s nell'aria. L'essenziale non è la velocità, ma l'attenuazione: nell'aria l'energia si distribuisce su una sfera e cala con il quadrato della distanza, mentre il filo la guida in una sola direzione con poche perdite. Il secondo diaframma trasforma di nuovo la vibrazione del filo in onde di pressione vicino all'orecchio. Se il filo è lento, non può trasmettere forza longitudinale e l'energia si disperde; se sfrega contro un oggetto, la vibrazione passa a quell'oggetto (smorzamento). Per questo funzionano meglio i fili lisci, poco elastici e leggeri (filo da pesca, filo cerato) e i diaframmi rigidi e leggeri (plastica rigida). È lo stesso principio di trasduzione usato da un microfono e da un auricolare, anche se lì il segnale viaggia come corrente elettrica.

• vibrazione: movimento rapido avanti e indietro; il suono è vibrazione.
• tensione: quanto è tirato il filo; serve perché trasmetta la vibrazione.
• diaframma: lamina sottile che vibra con il suono (qui, il fondo del bicchiere).
• mezzo: materiale attraverso cui viaggia il suono: aria, acqua, filo, legno...
• smorzare: frenare una vibrazione finché si spegne.

Per età

• 5–7 anni: L'adulto fa i fori e lega gli stuzzicadenti. Il bambino decora i bicchieri, misura il filo con il metro e gioca a dire parole segrete. Concentrati su «se trema, suona» mettendo la mano sulla gola mentre parla.
• 8–10 anni: Montano il telefono completo (con aiuto solo per forare). Confrontano fili e bicchieri con la tabella da 0 a 3 e scoprono che cosa succede quando si pizzica il filo.
• 11–12 anni: Progettano un esperimento controllato (una sola variabile) e cercano la distanza massima. Sfida: costruire un centralino di 3–4 bicchieri e capire perché è meglio che i fili non si incrocino.

In gruppo o in classe

A coppie: un telefono per coppia (2 bicchieri, 5,2 m di filo, 1 stuzzicadenti). L'adulto fora tutti i bicchieri prima. Sessione di 45 min in cortile: 15 min di montaggio, 15 min di prove libere, 15 min di «gara delle distanze» e di rete a Y con più coppie. Segna con il gesso delle linee a 5, 10 e 15 m e tieni le coppie ad almeno 2 m l'una dall'altra perché i fili non si incrocino.

Sfide

• Riesci a far sentire una frase intera a 20 m.
• Monta un centralino di 4 bicchieri (una X con un nodo centrale) e organizza una conversazione a turni.
• Migliora il telefono sostituendo il fondo del bicchiere con un palloncino teso o carta da forno e confronta.
• Fai un telefono che funzioni girando un angolo senza perdere la voce.
• Scopri come funzionava il telefono di Bell (1876) e disegna in che cosa assomiglia al tuo.

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