Zucca lanterna con luce tremolante

Cosa imparerà

• Che un circuito in serie (pila → interruttore → LED → pila) funziona solo se il percorso è chiuso e il LED è nel verso giusto: gamba lunga al filo rosso (+).
• Che un LED «candela» ha dentro un chip minuscolo che lo accende e lo spegne molto in fretta e a caso, ed è per questo che sembra una fiamma senza fuoco.
• Che un materiale traslucido (carta da forno, carta da lucido) diffonde la luce: il viso brilla tutto invece di mostrare un solo punto di luce.
• Come si costruisce un prisma a 8 facce piegando una striscia di cartone: 8 pieghe da 45° fanno un giro completo di 360°.
• Perché con 2 pile stilo AA (3 V) questo LED non ha bisogno di resistenza e cosa cambia se il LED è di un altro tipo.

Prepara prima

• Stampa le sagome al 100 % («grandezza naturale») e verifica con il righello che il quadrato da 50 mm misuri 50 mm. Le metà A e B occupano un foglio ciascuna.
• Cerca una scatola con il cartone piatto: le metà A e B misurano 235 × 128 mm e devono avere le onde in verticale (parallele alle pieghe).
• Prova il LED con il portabatterie prima della sessione (gamba lunga al filo rosso): deve accendersi e tremolare. Leggi la scheda del venditore: se dice 2,0–2,4 V, prepara la resistenza da 47 Ω.
• Se il portabatterie ha le punte spellate solo per 3–5 mm, spella 15 mm di ogni filo.
• Prepara la tempera in un piatto e proteggi il tavolo con carta di giornale.
• Per i gruppi: ritaglia tu prima le metà A e B con il viso, e gli ottagoni T e P.

Materiali e attrezzi

• Cartone ondulato — 1 foglio di ≈ 50 × 40 cm (oppure più pezzi: 2 da 24 × 13 cm e 5 da 16 × 16 cm)
  a onda singola, 3 mm, da scatola per spedizioni, piatto e non schiacciato
• LED candela tremolante — 1 (+1 di ricambio) da comprare
  5 mm, ambra, giallo o bianco caldo, «candle / flicker / effetto candela», per 3 V (nella scheda c'è scritto 3–3,4 V o 2,5–5 V, 20 mA); ha il chip del tremolio dentro
• Portabatterie 2 × AA con interruttore e coperchio — 1 da comprare
  da 3 V, con interruttore a scorrimento ON/OFF, fili rosso (+) e nero (−) da 10–15 cm con le punte spellate; ≈ 60 × 32 × 18 mm
• Pile stilo AA — 2 da comprare
  alcaline da 1,5 V (insieme, 3 V)
• Resistenza da 47 Ω (solo se serve) — 1 da comprare
  1/4 W; solo se la scheda del tuo LED dice 2,0–2,4 V o «senza limitatore», oppure se usi un LED normale
• Carta da forno — 1 pezzo di 12 × 8 cm
  normale carta da forno da cucina: traslucida, fa da diffusore
• Cartoncino verde — 1 pezzo di 12 × 8 cm
  160–200 g/m², per il picciolo e la foglia
• Cartoncino bianco o giallo — 1 pezzo di 8 × 6 cm
  160–200 g/m², per la candela che regge il LED
• Tempera arancione — ≈ 30 ml
  densa, con poca acqua perché il cartone non si ondi
• Colla vinilica — ≈ 15 ml
  da falegname o per la scuola
• Colla stick — 1
  per incollare le sagome e la carta diffusore
• Nastro adesivo — ≈ 40 cm
  isolante da elettricista (meglio) o trasparente da 19 mm, per le giunzioni dei fili
• Mollette da bucato — 4
  per tenere ferme le linguette mentre la colla asciuga
• Nastro biadesivo (facoltativo) — ≈ 6 cm
  per fissare il portabatterie e la candela alla base

Attrezzi

• Taglierino con righello di metallo e tappetino da taglio — ritagliare il contorno delle due metà, gli occhi e la bocca adulto
• Forbici — ritagliare gli ottagoni, i cartoncini e la carta
• Penna scarica e righello — incidere le 10 pieghe del corpo perché si pieghino dritte
• Punteruolo o matita appuntita — aprire il foro da 14 mm del coperchio e quello da 5 mm del disco della candela adulto
• Pennello piatto da 2 cm — dipingere il corpo di arancione
• Spelafili o forbici vecchie (facoltativo) — spellare 15 mm le punte dei fili se sono corte adulto

Pezzi e sagome

• A · Corpo: metà anteriore (con il viso) ×1 — cartone ondulato 3 mm
• B · Corpo: metà posteriore ×1 — cartone ondulato 3 mm
• T · Coperchio ×1 — cartone ondulato 3 mm
• C · Base ×1 — cartone ondulato 3 mm
• P · Ottagono tappo (entra dentro) ×3 — cartone ondulato 3 mm
• S · Picciolo ×1 — cartoncino verde 160–200 g/m²
• H · Foglia ×1 — cartoncino verde 160–200 g/m²
• V · Candela (regge il LED) ×1 — cartoncino bianco o giallo 160–200 g/m²
• W · Disco della fiamma ×1 — cartoncino bianco o giallo 160–200 g/m²
• D · Carta diffusore ×1 — carta da forno

Passo passo

1. Incolla le sagome del corpo

   Ritaglia le sagome A e B lasciando 5 mm di margine e incollale con la colla stick sul cartone, con le onde in verticale (parallele alle linee di piega). Incollale sulla faccia più brutta o stampata del cartone: sarà quella interna.

   Verifica: Le onde del cartone vanno dall'alto in basso, come le linee verdi di piega.
   Trucco: Spalma di colla tutta la sagoma, anche i bordi, così non si solleva quando tagli.

2. Ritaglia il contorno delle due metà adulto

   Con taglierino e righello di metallo, taglia i lati dritti di A e B (la base da 235 mm e i bordi della linguetta). I 4 archi in alto tagliali con il taglierino a mano libera, piano, o con forbici robuste. Non tagliare le linee verdi.

   Verifica: Ogni metà ha 4 spicchi con il bordo superiore curvo e una linguetta da 15 mm a un'estremità.

3. Ritaglia gli occhi e la bocca adulto

   Nella metà A, taglia con il taglierino i due occhi (triangoli di 30 × 24 mm) e le due metà della bocca. Taglia da angolo ad angolo e togli il pezzo spingendo con il dito. Lascia intero il dente centrale da 8 mm: ci passa la piega centrale e tiene insieme il viso.

   Verifica: Guarda la metà A controluce: vedi due occhi e una bocca sorridente con un dente in mezzo e un dente in alto su ogni lato.
   Trucco: Fai prima un taglio in ogni punta dei denti e poi i lati lunghi: così gli angoli vengono puliti.

4. Incidi le pieghe

   Appoggia il righello su ogni linea verde e passa la penna scarica premendo forte, 2 volte. Sono 4 pieghe per ogni metà (3 tra gli spicchi e 1 nella linguetta). Piega ognuna un po' verso la sagoma, circa 45°, e riaprila.

   Verifica: Piegando, il cartone si segna lungo una linea dritta, senza stropicciarsi ai lati.

5. Dipingi la zucca di arancione

   Gira le due metà e dipingi la faccia esterna (quella senza sagoma) con tempera arancione densa, con pennellate dall'alto in basso. Lascia asciugare 20 minuti su carta di giornale, con la faccia dipinta verso l'alto; nel frattempo, fai i passaggi da 6 a 11.

   Verifica: Il cartone resta arancione e piatto. Se si ondula, mettici sopra un libro quando è asciutto al tatto.
   Trucco: Per far vedere gli spicchi, dipingi una riga più scura (arancione con una goccia di marrone) su ogni piega quando l'arancione è già asciutto.

6. Fai la base e i pezzi del coperchio

   Ritaglia con le forbici il coperchio T e la base C (ottagoni da 156 mm) e i 3 ottagoni piccoli P (138 mm). Incolla con la colla vinilica un P al centro della base C, con gli angoli allineati. Gli altri due P sono per il coperchio.

   Verifica: Sulla base, l'ottagono piccolo lascia un bordo di circa 8 mm uguale su tutti i lati.

7. Fai il picciolo e la foglia

   Ritaglia il pezzo S di cartoncino verde e taglia le 4 righe delle frange fino alla linea di piega. Arrotolalo in un tubo da 14 mm (avvolgilo intorno a un pennarello grosso), incolla l'aletta da 6 mm e piega le 5 frange verso l'esterno. Ritaglia la foglia H.

   Verifica: Il picciolo è un tubo alto 45 mm con 5 frange aperte come un fiore alla base.

8. Monta il coperchio con il picciolo adulto

   Apri il foro da 14 mm segnato al centro del coperchio T: bucalo con il punteruolo e allargalo girando le forbici. Infila il picciolo dall'alto finché le frange toccano la faccia inferiore e incollale con la colla. Incolla sopra i 2 ottagoni P, uno sull'altro, con gli angoli allineati, coprendo le frange. Incolla la foglia H vicino al picciolo.

   Verifica: Tira piano il picciolo: solleva tutto il coperchio senza staccarsi.
   Trucco: Arrotola uno scovolino verde intorno a una matita e incollalo vicino al picciolo: sembra il viticcio di una zucca vera.

9. Prova il LED

   Metti le 2 pile stilo AA nel portabatterie facendo attenzione al + e al − disegnati. Tocca la gamba lunga del LED con la punta spellata del filo rosso e la gamba corta con quella del filo nero, e metti l'interruttore su ON. Il LED deve accendersi e tremolare come una fiamma.

   Verifica: Se non si accende, controlla che la gamba lunga vada al rosso. Se si accende ma non tremola, è un LED normale, non a candela.
   Trucco: Se la scheda del tuo LED dice 2,0–2,4 V, è adesso che devi aggiungere la resistenza da 47 Ω tra il filo rosso e la gamba lunga (vedi «Scienza»).

10. Collega i fili senza saldare

    Con l'interruttore su OFF, avvolgi 15 mm della punta spellata del filo rosso, ben stretta, intorno alla gamba lunga, e quella del nero intorno alla gamba corta. Ripiega ogni gamba sul suo filo perché non si stacchi e rivesti ogni giunzione separatamente con 3 cm di nastro isolante.

    Verifica: Metti l'interruttore su ON: tremola. Muovi un po' i fili: non si spegne.
    Trucco: Prima accorcia la gamba lunga a 20 mm e quella corta a 18 mm: così le due giunzioni restano ad altezze diverse e non si toccano.

11. Fai la candela che regge il LED

    Ritaglia il pezzo V di cartoncino bianco e arrotolalo in un tubo di 20 mm di diametro e 50 mm di altezza; incolla l'aletta da 7 mm con il nastro. Buca il centro del disco W per fare un foro da 5 mm. Fai passare i fili dentro il tubo, dall'alto in basso, infila la testa del LED nel foro del disco da sotto e incolla il disco sopra il tubo con 2 strisce di nastro.

    Verifica: La testa del LED spunta in alto come una fiamma e i fili escono dal fondo del tubo.

12. Incolla la carta diffusore dietro il viso

    Quando la pittura è asciutta, ritaglia la carta da forno D di 110 × 74 mm. Passa la colla stick sulla sagoma di A intorno agli occhi e alla bocca (senza toccare le aperture) e incollaci sopra la carta, dentro il riquadro segnato, ben tesa.

    Verifica: Guarda il viso da fuori contro una finestra: gli occhi e la bocca si vedono bianchi e luminosi, senza grinze.
    Trucco: La carta da forno si incolla male dal lato lucido: se si stacca, fissa i suoi 4 bordi con il nastro adesivo.

13. Piega e unisci le due metà

    Piega verso l'interno le pieghe di A e B. Metti la colla vinilica sulla linguetta di A e incollala all'interno del bordo libero di B, fino alla linea segnata a 15 mm. Fai lo stesso con la linguetta di B sul bordo libero di A. Tieni ferma ogni giunzione con 2 mollette da bucato per 15 minuti.

    Verifica: Visto dall'alto, il corpo è un ottagono regolare di circa 14 cm: 8 spicchi uguali, senza fessure nelle giunzioni.
    Trucco: Con la colla a caldo (la usa un adulto) incolla in 1 minuto, ma bisogna centrare al primo colpo.

14. Sistema la luce dentro

    Incolla il portabatterie sulla base con il nastro biadesivo, da un lato, con l'interruttore verso l'alto. Incolla la candela al centro della base con un altro pezzo di nastro. Metti il corpo sopra la base, incastrato intorno all'ottagono piccolo, con il viso rivolto dalla parte opposta al portabatterie.

    Verifica: La fiamma del LED resta al centro, a circa 6 cm dalla base, a metà altezza tra gli occhi e la bocca.
    Trucco: Se non vuoi che il corpo si stacchi dalla base quando la sposti, fissalo con 2 strisce di nastro di carta all'interno: così puoi staccarlo per cambiare le pile.

15. Accendi e prova al buio

    Solleva il coperchio dal picciolo, infila la mano e metti l'interruttore del portabatterie su ON. Chiudi il coperchio incastrando gli ottagoni piccoli dentro il corpo e spegni la luce della stanza.

    Verifica: Gli occhi e la bocca brillano con una luce calda che tremola; il coperchio non si muove se ci soffi sopra.
    Trucco: Mettila su una finestra o vicino alla porta la notte di Halloween: da fuori si vede il viso brillare e tremolare come se avesse una candela, senza alcun pericolo.

Funziona? La prova

In una stanza buia, accendi la zucca, chiudila e guardala di fronte da 2 m. Poi guarda dai lati e dal retro.

Cosa deve succedere: Gli occhi e la bocca si vedono come macchie di luce uniformi (non si distingue il punto del LED) che cambiano luminosità più volte al secondo in modo irregolare. Dalle fessure tra gli spicchi e il coperchio esce un po' di luce, che disegna la corona della zucca. Dal retro e dai lati il cartone non lascia passare la luce.

Se qualcosa non va

• Il LED non si accende — LED al contrario, pile messe male o una giunzione dei fili allentata. Soluzione: Controlla che la gamba lunga vada al filo rosso e che le pile seguano i disegni + e − del portabatterie. Rifai le giunzioni avvolgendo un giro in più e stringendo con le dita prima di mettere il nastro.
• Si accende ma non tremola — È un LED normale, non un LED candela con chip. Soluzione: Sostituiscilo con uno «a candela / flicker». Se usi un LED normale, metti in serie la resistenza da 47 Ω: farà luce fissa, senza pericolo.
• Il LED si scalda, brilla tantissimo o si brucia in pochi minuti — Il tuo LED è di quelli da 2,0–2,4 V senza limitatore interno e riceve i 3,2 V delle pile nuove senza resistenza. Soluzione: Metti una resistenza da 47 Ω tra il filo rosso e la gamba lunga (avvolta come il filo) e usa un LED nuovo.
• La luce si spegne e si accende quando muovi la zucca — Contatto incerto in una giunzione o nelle molle del portabatterie. Soluzione: Stringi le giunzioni e rivestile di nuovo. Gira un po' le pile dentro il portabatterie per pulire il contatto.
• Sul viso si vede un punto di luce forte invece di brillare tutto — La carta diffusore si è staccata o il LED è troppo vicino al viso. Soluzione: Incolla bene la carta da forno e lascia la candela al centro della base, a circa 6 cm dal viso. Con 2 strati di carta la luce si diffonde ancora di più.
• Il coperchio non entra o cade dentro — Gli ottagoni piccoli P sono troppo grandi o troppo piccoli per il tuo corpo (il cartone si comprime in modo diverso in ogni scatola). Soluzione: Se non entra, rifila 1 mm intorno ai P. Se balla, avvolgi un giro di nastro sul bordo dei P o incolla un terzo P.
• Il mio portabatterie non ha l'interruttore — Alcuni modelli economici non ce l'hanno. Soluzione: Fai un interruttore in casa: taglia il filo nero, spella 15 mm di ogni estremità, avvolgine una a una graffetta di metallo e lascia l'altra libera; per accendere, aggancia l'estremità libera alla graffetta.

Sicurezza

• Non mettere mai dentro una candela vera né alcuna fiamma: il cartone e la carta da forno bruciano. Questa zucca è pensata solo per il LED, che si scalda appena (consuma circa 0,06 W).
• Il taglierino lo usa un adulto, con righello di metallo e tappetino da taglio, tagliando sempre lontano dalla mano che tiene fermo.
• Le pile stilo AA non vanno collegate con una graffetta né con carta stagnola tra i poli: il cortocircuito le scalda. Metti l'interruttore su OFF prima di toccare le giunzioni.
• Con bambini sotto i 3 anni nelle vicinanze, metti via il LED di ricambio, le pile e i pezzetti di cartoncino: sono pezzi piccoli che si possono ingoiare.
• Le pile scariche vanno nel contenitore per le pile, non nella spazzatura.

La scienza che c'è dietro

Per i bambini

Una vera zucca di Halloween ha una candela dentro, ma le candele bruciano. Noi usiamo un LED candela: dentro la sua testa di plastica c'è un chip più piccolo di una briciola di pane che accende e spegne la luce molto in fretta, a volte di più e a volte di meno, come se il vento muovesse una fiamma. L'elettricità esce dalle pile dal filo rosso, passa nel LED e torna dal filo nero: è un percorso in cerchio, e se si interrompe in qualche punto la luce si spegne. La carta da forno è come una nebbia: la luce entra da un punto ed esce diffusa, per questo gli occhi brillano tutti interi.

Per l'adulto

Circuito: 2 pile stilo AA alcaline in serie danno 3,0 V nominali (≈ 3,2 V da nuove, 2,0–2,4 V a fine vita) con una resistenza interna di ≈ 0,1–0,3 Ω ciascuna. Il LED candela da 5 mm integra nell'involucro un chip CMOS con un generatore pseudocasuale che modula la luminosità del diodo (commuta più volte al secondo con livelli diversi); il chip di solito si vede come un puntino nero accanto al diodo. I modelli venduti «per 3 V» (scheda da 3–3,4 V o da 2,5–5 V, 20 mA) hanno la limitazione di corrente nel chip stesso o un diodo InGaN la cui tensione diretta (≈ 2,8–3,2 V) è già vicina a quella delle pile, quindi con 2 AA funzionano senza resistenza, come nelle candele elettriche in commercio (stima della corrente media: 10–20 mA). Se la scheda dice 2,0–2,4 V senza limitatore (alcuni ambra), serve una resistenza: R = (V_pile − V_LED)/I = (3,0 − 2,2)/0,02 ≈ 40 Ω → 47 Ω, il valore commerciale successivo; con pile nuove (3,2 V) dà ≈ 21 mA e con pile a 2,6 V ≈ 9 mA, sempre sotto il massimo tipico di 30 mA. Una resistenza da 47 Ω con un LED da 3 V gli toglierebbe solo luminosità, per questo non si mette di default. Autonomia: ≈ 2000 mAh / 15 mA ≈ 130 h (stima: 100–150 h, con luminosità decrescente). Potenza: 3 V × 0,02 A = 0,06 W, che non scalda il cartone in modo apprezzabile; una candela di cera, invece, produce ≈ 80 W di calore con una fiamma a oltre 1000 °C, e la carta brucia verso i 230 °C. Ottica: la carta da forno (carta solforizzata con silicone) è traslucida: le sue fibre diffondono la luce in tutte le direzioni, così ogni apertura appare come una superficie luminosa uniforme invece di lasciar vedere la sorgente puntiforme. Il cartone ondulato è opaco e la luce esce solo dal viso e dalle fessure del coperchio. Geometria: un ottagono regolare di lato s = 55 mm ha una distanza tra le facce piane di s / tan 22,5° = 55 / 0,4142 ≈ 132,8 mm; poiché la sagoma è all'interno, questa è la misura interna. L'ottagono tappo P da 138 mm tra i vertici misura 138 × cos 22,5° ≈ 127,5 mm tra le facce piane: lascia ≈ 2,6 mm di gioco per lato per assorbire le imprecisioni della piegatura. All'esterno, con 3 mm di cartone, il corpo misura ≈ 138,8 mm tra le facce e ≈ 150 mm tra gli angoli, e il coperchio T da 156 mm sporge di ≈ 3 mm. Ogni piega gira di 45° (360° / 8) e le onde del cartone sono parallele alle pieghe perché si pieghino in modo netto.

• LED candela: LED con un chip dentro che cambia la sua luminosità a caso per imitare una fiamma.
• circuito in serie: percorso unico e chiuso: pila, interruttore e LED uno dopo l'altro.
• polarità: il lato + e il lato − di una pila o di un LED; se si invertono, il LED non si accende.
• traslucido: materiale che lascia passare la luce ma non lascia vedere cosa c'è dietro, come la carta da forno.
• ottagono: figura con 8 lati uguali; la nostra zucca è un prisma ottagonale.
• diffusore: materiale che distribuisce la luce perché non abbagli da un solo punto.

Per età

• 5–7 anni: L'adulto ritaglia le metà e il viso, collega i fili e apre il foro del coperchio. Il bambino incolla le sagome, incide le pieghe con la penna, dipinge, arrotola il picciolo e la candela, e prova il LED toccando le gambe con i fili. Concentrati su «gamba lunga con il rosso» e su «percorso chiuso = luce».
• 8–10 anni: Fanno tutti i passaggi tranne i tagli con il taglierino. Fagli spiegare perché serve la carta diffusore e fagli fare l'esperimento delle carte.
• 11–12 anni: Fagli disegnare lo schema del circuito con i simboli, calcolare la resistenza che servirebbe con un LED da 2,2 V e stimare quanti giorni durano le pile. Sfida: progettare una zucca a 6 facce calcolando il lato perché abbia la stessa larghezza.

In gruppo o in classe

Una zucca per coppia (≈ 2,50 € di LED, portabatterie e pile per zucca). Prima della sessione: ritagliare le metà A e B con il viso e gli ottagoni, provare tutti i LED con un portabatterie e spellare i fili. Sessione da 90 min: 10 min di dimostrazione (candela vera contro LED candela e perché non si usa il fuoco), 25 min di pieghe e pittura, 25 min di coperchio, picciolo e circuito mentre asciuga, 20 min di montaggio e 10 min a luce spenta per vedere tutte le zucche insieme. Distribuisci le pile alla fine, quando il circuito è già montato. Tieni 3 LED e 1 portabatterie di ricambio.

Sfide

• Ritaglia nella metà B un pipistrello o una piccola luna (di 20–30 mm) con la sua carta diffusore: la zucca avrà il viso davanti e un disegno di Halloween dietro.
• Metti 2 LED candela in parallelo (gambe lunghe insieme al rosso, corte al nero), uno dietro ogni occhio: ogni occhio tremola con il suo ritmo.
• Aggiungi un interruttore esterno: fai uscire i fili da un foro da 6 mm sul retro e costruisci un interruttore con una graffetta per accenderla senza aprire il coperchio.
• Progetta una famiglia di zucche: una piccola con spicchi da 40 mm e una grande da 70 mm. Calcola quanto devono misurare i loro ottagoni del coperchio con la formula di «Scienza».
• Costruisci un sensore di buio: chiedi a un adulto una fotoresistenza (LDR) e un transistor perché la zucca si accenda da sola al tramonto.

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