Ventilatore da tavolo con motorino

Cosa imparerà

• Che un circuito ha bisogno di un percorso chiuso: pila → interruttore → motorino → pila, e che aprendolo il motorino si ferma.
• Che invertire i cavi inverte la rotazione del motorino e, con essa, il verso dell'aria.
• Che le pale spingono l'aria perché sono inclinate: piatte (0°) o di taglio (90°) non soffiano.
• Che più tensione (più pile in serie) fa girare più veloce il motorino e muove più aria.
• Perché un'elica deve essere bilanciata: 4 pale uguali e simmetriche non vibrano.

Prepara prima

• Stampa le sagome al 100 % e verifica la linea rossa di 50 mm dell'intestazione.
• Prova il motorino prima di iniziare: tocca con i suoi cavi le due estremità del portabatterie con le pile. Se non gira, cambia motorino o pile.
• Fora il tappo: un foro centrato da 1,5–2 mm (un pelo più piccolo dell'albero) perché entri stretto.
• Spella 15 mm a ogni estremità dei cavi se non sono già spellati.
• Con un gruppo, ritaglia tu le pale di cartoncino se i bambini hanno meno di 7 anni: devono essere identiche.

Materiali e attrezzi

• Motorino a corrente continua tipo 130 — 1 da comprare
  1,5–6 V, corpo 25 × 20 × 15 mm, albero da 2 mm; meglio se con i cavi già saldati (rosso e nero)
• Portabatterie 2 × AA con cavi — 1 da comprare
  uscita 3 V, cavo rosso (+) e nero (−) di almeno 15 cm, con i cavi che escono da un'estremità
• Pile stilo AA alcaline — 2
  1,5 V ciascuna, nuove
• Bicchiere di carta — 1
  200 ml: alto circa 90 mm, bocca Ø 75 mm e fondo Ø 52 mm
• Cartone ondulato — 1 pezzo di 15 × 20 cm
  3–4 mm, per la base e la piattaforma
• Cartoncino — 1 foglio A4
  250–300 g/m² (rigido); va bene anche quello delle scatole di cereali
• Tappo di plastica — 1
  Ø 30 mm, alto 12–14 mm (acqua o bibite)
• Fermacampioni — 2
  di metallo, con alette da 15–25 mm
• Graffetta di metallo — 1
  da 32 mm, non plastificata
• Cavo elettrico sottile — 20 cm
  con guaina, 0,2–0,5 mm² (da campanello o da un vecchio caricatore)
• Stick di colla a caldo — 2
  per pistola per colla a caldo
• Nastro isolante — 1 rotolo
  per coprire le giunzioni dei cavi

Attrezzi

• Forbici — ritagliare pale, sagome e cartoncino
• Taglierino e righello — tagliare la base e la piattaforma di cartone adulto
• Chiodo da 2 mm o punteruolo sottile — fare il foro centrale del tappo (un po' più piccolo dell'albero) adulto
• Pistola per colla a caldo — incollare il motorino, il tappo e le pale adulto
• Forbici o spelafili — spellare 15 mm alle estremità dei cavi adulto
• Colla stick — incollare le sagome sul cartoncino

Pezzi e sagome

• A · Base ×1 — cartone ondulato 3–4 mm
• B · Piattaforma del motorino ×1 — cartone ondulato 3–4 mm
• C · Centratore del tappo ×1 — carta
• D · Pala ×4 — cartoncino 250–300 g
• E · Fascia per segnare i 30° ×1 — carta
• F · Squadretta da 30° (verifica) ×1 — cartoncino
• G · Cavo ponte ×1 — cavo sottile con guaina

Passo passo

1. Prova il motorino

   Metti le 2 pile AA nel portabatterie e tocca con i cavi del motorino i cavi rosso e nero del portabatterie. L'albero deve girare veloce. Attacca sull'albero un pezzetto di nastro come bandierina per vedere il verso di rotazione.

   Verifica: Se non gira, controlla la polarità delle pile (il + di ogni pila con il + disegnato sul portabatterie).

2. Ritaglia le pale

   Incolla la sagoma D sul cartoncino con la colla stick e ritaglia 4 pale identiche di 48 mm (dalla piega alla punta) più la linguetta di 6 mm. Piega ogni linguetta a 90° lungo la linea di piega, tutte dallo stesso lato.

   Verifica: Metti le 4 pale una sopra l'altra: devono coincidere. Rifila quella che sporge.

3. Segna il tappo

   Ritaglia la fascia E e avvolgila sulla parete esterna del tappo con la parte superiore della fascia sul bordo aperto. Fissala con il nastro e ripassa con il pennarello le 4 linee inclinate a 30°. Togli la fascia.

4. Fora il tappo adulto

   Metti il centratore C dentro il tappo e segna il centro. Con un chiodo da 2 mm caldo o un punteruolo, fai un foro da 1,5–2 mm proprio al centro, appoggiando il tappo su un pezzo di legno.

   Trucco: Il foro deve essere più stretto dell'albero da 2 mm: così entra a pressione e non balla.

5. Incolla le pale adulto

   Metti una piccola goccia di colla a caldo sulla linguetta della prima pala e incollala su una linea del tappo, con la pala rivolta verso l'esterno. Ripeti con le altre 3, sempre con la linguetta sulla sua linea e la piega dallo stesso lato della linea.

   Verifica: Guarda l'elica di lato con la squadretta F: le 4 pale formano 30° con il piano di rotazione e sono rivolte dallo stesso lato, come una girandola.

6. Taglia base e piattaforma adulto

   Taglia la base A (120 × 120 mm) e la piattaforma B (60 × 70 mm) nel cartone ondulato. Fai nella base i 2 fori dell'interruttore con il punteruolo.

7. Incolla il bicchiere adulto

   Metti il bicchiere capovolto sul cerchio della base e incolla il bordo con un cordoncino di colla a caldo tutto intorno. Incolla la piattaforma B sul fondo del bicchiere con il cerchio della sagoma sopra il bicchiere e il lato MOTORE verso la parte DAVANTI della base.

   Verifica: Guarda dall'alto: il bordo anteriore della piattaforma resta 40 mm davanti al centro del bicchiere.

8. Incolla il motorino adulto

   Sdraia il motorino sulla sua faccia piatta sopra il rettangolo segnato, con l'albero rivolto in avanti e la faccia dell'albero a filo con il bordo della piattaforma. Incolla con 2 cordoncini di colla a caldo ai lati del corpo, senza toccare l'albero né la fessura di ventilazione posteriore.

   Verifica: L'albero resta orizzontale e sporge davanti alla piattaforma.

9. Inserisci l'elica adulto

   Infila il foro del tappo sull'albero del motorino, con il fondo del tappo verso il motorino e il bordo aperto in avanti, lasciando 2 mm tra tappo e motorino. Se resta lento, metti una goccia di colla a caldo sulla giunzione.

   Verifica: Gira l'elica con il dito: non sfrega sulla piattaforma né sul bicchiere, e le punte passano a circa 38 mm dalla base.

10. Monta l'interruttore

    Infila un fermacampione nel foro 1 con la graffetta agganciata sotto la sua testa, e un altro nel foro 2. Apri le alette sotto la base. La graffetta deve ruotare e toccare la testa del fermacampione 2.

11. Collega il circuito

    Fissa il portabatterie in piedi contro il lato posteriore del bicchiere (quello dell'interruttore), con l'uscita dei cavi verso il basso, con due giri di nastro isolante attorno al bicchiere (si tolgono per cambiare le pile). Avvolgi il rame del cavo rosso del portabatterie sull'aletta del fermacampione 1 (sotto, passandolo dal bordo posteriore della base) e il cavo ponte G da 200 mm sull'aletta del fermacampione 2. Fai salire il ponte G lungo un lato del bicchiere fino al motorino e il cavo nero lungo il lato posteriore: unisci il ponte a un terminale del motorino e il nero all'altro, attorcigliando per 3 giri. Copri ogni giunzione con nastro isolante.

    Verifica: Nessun rame scoperto tocca un altro, se non nella propria giunzione, e i cavi arrivano senza tirare (al nero avanzano 1–2 cm; se non arriva, allungalo con un pezzo di cavo attorcigliato e coperto di nastro).

12. Prova e regola il verso

    Metti la graffetta sul fermacampione 2. L'elica deve girare e soffiare in avanti: metti la mano 20 cm davanti e senti l'aria. Se soffia verso il motorino, scambia i due cavi sui terminali del motorino.

    Verifica: Spostando la graffetta, l'elica si ferma.

Funziona? La prova

Appendi una striscia di carta velina di 2 × 15 cm a un righello e mettila davanti al ventilatore a 10, 20 e 30 cm. Accendi e guarda quanto si inclina la striscia.

Cosa deve succedere: Con 2 pile nuove l'elica gira a circa 2000–3000 giri al minuto (si vede come un disco sfocato). La striscia si inclina chiaramente a 10 cm (circa 30–45°), un po' a 20 cm e ondeggia appena a 30 cm. Con la graffetta aperta, si ferma in 2–3 secondi.

Se qualcosa non va

• Non gira niente — Circuito aperto: cavo staccato, pila al contrario o graffetta che non fa contatto. Soluzione: Controlla pila per pila la polarità, stringi le giunzioni e passa un po' di carta vetrata sulla testa del fermacampione se è verniciata.
• Gira ma non soffia in avanti — Gira nel verso opposto o le pale sono piatte. Soluzione: Scambia i cavi del motorino. Verifica con la squadretta F che le pale siano a 30°.
• Vibra molto e il bicchiere si muove — Pale diverse, una più inclinata o il tappo non centrato. Soluzione: Pareggia le pale rifilando la più grande; riposiziona il tappo al centro. Incolla bene il bicchiere alla base.
• L'elica sfrega sul bicchiere — Motorino troppo arretrato o bicchiere più largo del previsto. Soluzione: Stacca il motorino e spostalo in avanti fino a filo con il bordo, oppure allunga la piattaforma di 10 mm in avanti.
• Gira molto lentamente — Pile scariche, pale troppo inclinate o tappo che sfrega sul motorino. Soluzione: Prova pile nuove; riduci l'angolo a 20–25°; allontana il tappo di 2 mm dal motorino.
• L'elica schizza via — Il tappo è lento sull'albero. Soluzione: Spegni, riempi il foro con colla a caldo e reinseriscilo. Non usare mai più di 4,5 V.

Sicurezza

• Le pale che girano veloci colpiscono: non infilare le dita e non avvicinare i capelli lunghi con il ventilatore acceso.
• Usa solo pile stilo AA (massimo 3, 4,5 V). Non collegarlo a prese di corrente né a caricatori.
• Non lasciare la graffetta chiusa senza sorveglianza: il motorino si scalda e le pile si scaricano.
• Se una pila si scalda, c'è un cortocircuito (rame contro rame): scollega e controlla.
• La colla a caldo e il chiodo caldo li maneggia un adulto.
• Per l'esperimento con la candela: solo con un adulto, la candela a 30 cm e mai l'elica di cartoncino vicino alla fiamma.

La scienza che c'è dietro

Per i bambini

Le pile spingono l'elettricità nei cavi come una pompa spinge l'acqua in un tubo. Quando la graffetta chiude il percorso, l'elettricità passa nel motorino e dentro ci sono delle calamite che lo fanno girare. Le pale sono storte, come la pala di un remo inclinato: girando, spingono l'aria in avanti. Se scambi i cavi, il motorino gira al contrario e l'aria va all'indietro.

Per l'adulto

Il motorino a corrente continua a magnete permanente gira quando la corrente attraversa il suo avvolgimento: la forza di Lorentz sui conduttori nel campo del magnete genera una coppia, e il collettore inverte la corrente ogni mezzo giro per mantenerla. La velocità a vuoto è circa proporzionale alla tensione (≈ 6000–9000 giri/min a 3 V in un tipo 130); con l'elica di Ø 126 mm a caricarlo scende a 2000–3000 giri/min con ≈ 0,3–0,5 A. Invertire la polarità inverte il verso della corrente e, con esso, quello della coppia. Ogni pala inclinata di 30° rispetto al piano di rotazione devia l'aria in avanti (reazione: l'elica spinge l'aria e l'aria spinge l'elica all'indietro). Con angoli molto piccoli l'elica muove appena l'aria; con angoli molto grandi (> 45°) la pala va in stallo e frena il motorino: 25–30° è un buon compromesso per pale piatte. L'interruttore a graffetta apre o chiude il circuito in serie; trovandosi sul conduttore positivo protegge come in un apparecchio vero. Un'elica sbilanciata genera una forza centrifuga che gira con lei: da qui la vibrazione.

• motore elettrico: macchina che trasforma l'elettricità in rotazione.
• circuito: percorso chiuso in cui passa la corrente, da un polo della pila all'altro.
• interruttore: pezzo che apre o chiude il circuito per accendere o spegnere.
• polarità: quale lato è + e quale è −; se si scambia, il motore gira al contrario.
• elica: insieme di pale inclinate che spingono aria o acqua girando.

Per età

• 5–7 anni: L'adulto fora il tappo, incolla pale e motorino e fa le giunzioni dei cavi. Il bambino ritaglia pale con contorni spessi, incolla il bicchiere con la colla vinilica, monta l'interruttore a graffetta e lo accende. Concentrati su «chiudere il percorso = gira».
• 8–10 anni: Fanno tutti i passaggi tranne la foratura e la colla a caldo. Lascia che scoprano da soli come cambiare il verso dell'aria senza toccare le pale.
• 11–12 anni: Fai confrontare loro eliche a 2, 3 e 4 pale e angoli di 15°, 30° e 45° con il misuratore a striscia, e fare una tabella. Sfida: misurare i giri/min filmando al rallentatore con il cellulare.

In gruppo o in classe

Coppie, un ventilatore per coppia (≈ 3 € tra motorino e portabatterie). Prima: forare i tappi, tagliare basi e piattaforme, provare ogni motorino. Sessione di 60 min: 10 min di circuito con pile e motorino sciolti, 35 min di montaggio, 15 min di prove con la striscia di carta a 20 cm. Tieni pile di ricambio e 2 motorini in più.

Sfide

• Fai muovere la striscia di carta a 40 cm di distanza.
• Aggiungi un secondo interruttore che inverta la rotazione (deviatore con 2 graffette).
• Fai oscillare il ventilatore da un lato all'altro facendo ruotare il bicchiere su uno spiedino di legno.
• Progetta una griglia di protezione di cartoncino che non freni l'aria.
• Costruisci un'elica a 3 pale bilanciata e confrontala con quella a 4.

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