costruite una motocicletta
education
Engino Education ha
sviluppato questa nuova
serie di Mechanical Science,
pensata appositamente per i
bambini che vogliono sapere
tutto e mettere in pratica
quello che imparano! La
serie affronta 8 argomenti
principali della meccanica:
Leve, Giunti, Ingranaggi,
Ruote e Assi, Piani inclinati
e Cunei, Carrucole, Camme
e Manovelle, e Viti, in modo
affascinante e divertente,
completamente diverso da
una tipica lezione di scienze.
Questo meraviglioso modellino di motocicletta
da corsa vi introdurrà al modo in cui funziona
la macchina semplice di ruota ed asse.
Imparate come la ruota di per sé non può
essere considerata una macchina semplice.
Come funziona la ruote e l'asse.
Perché abbiamo bisogno di un.
costruite un'auto che gira
Costruite questo affascinante modellino di
automobile con ruote a sterzo inverso e
scoprite in che modo l'asse e la ruota si
connettano per scopi differenti. Imparate
come il volante venga usato come una leva.
Come la ruota si collega all'asse.
Come la ruota viene utilizzata come leva.
mechanical science
ruote
TM
&
assi
Imparate come le ruote sfruttano l'attrito per muovere facilmente oggetti e come la
rotazione può aiutare a svoltare agli angoli. Imparate anche che differenza c'è tra le ruote
grandi e le ruote piccole. Costruite 7 modellini, fra cui un trattore, una motocicletta, una
porta, un'automobile con volante e un elevatore per auto. E' incluso anche un libretto di
attività di 36 pagine con esperimenti innovativi e spiegazioni dettagliate sui diversi principi
tecnologici applicati! E' incluso anche un libretto con le istruzioni dettagliate per costruire.
su route & assi
Quando i Sumeri
scoprirono la ruota attorno
al 4000 a.C. vennero risolti
molti problemi delle civiltà
antiche. Aggiungere un solo
asse implicò poter sfruttare
la potenza muscolare
dell’animale e modificarla
da un movimento di tipo
lineare a un movimento
verso ogni direzione
desiderassero. Oggi non
possiamo nemmeno
immaginare come sarebbe
la nostra vita moderna
senza questa macchina
semplice ma ingegnosa.
Entra nell’affascinante
mondo di ruote ed assi ed
esplora la magia di
Mechanical Science.
costruite una
piattaforma di lancio
Realizzate questo modellino unico di
piattaforma di lancio e imparate tutto sul
vantaggio meccanico che questa macchina
semplice può offrire.Sperimentate con diversi
materiali e scoprite come l'attrito influenza
tutti gli elementi in movimento.
Che cos'è il vantaggio meccanico.
Come l'attrito può essere di vantaggio.
costruite un trattore
Giocate con questo eccitante modellino di
trattore e imparate come differenti dimensioni
delle ruote producano differenti risultati.
Imparate come la dimensione dell'asse può
modificare il vantaggio meccanico di una
macchina.
In che modo influenza la dimensione
della ruota.
In che modo influenza la dimensione
dell'asse.
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libretto di attività manuali
mechanical science
ruote
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Alcuni modellini qui raffigurati non fanno parte di questo set.
Possono essere costruiti con altri set ENGINO.
Per maggiori informazioni www.engino.com
Libretto di
&
assi
attività manuali
Che cosa impareremo?
Incontrate i vostri compagni di viaggio e imbarcatevi in una fantastica escursione nel
mondo di Ruote ed Assi, una delle macchine più usate.
Breve storia di ruote ed assi.
Leggete l’interessante sfondo storico di ruote ed assi, dai tempi antichi fino agli anni
recenti.
Cos'è in sostanza una “ruota con asse”?
Realizzate un esperimento con un affascinante modellino di “auto sperimentale” per
scoprire cos'e veramente il “meccanismo ruota ed asse” e quali sono le sue diverse
tipologie.
Cercate di costruire un modellino immaginario di “auto con ruote a sterzo inverso”.
Create la vostra personale “motocicletta da corsa” e imparate come si guida un veicolo.
Dimensione e attrito
Fate due esperimenti con la sfida della “piattaforma di lancio” e immedesimatevi in un vero
scienziato, indagando su come le dimensioni di ruote ed assi, così come l'attrito, possano
cambiare le cose intorno a noi.
Ruota ed asse come leva
Può una macchina semplice assumere la funzione di un'altra macchina semplice?
Costruite un modellino realistico di “porta con pomolo” e scopritelo.
Non siete ancora convinti? Costruite il modellino di “trattore su campo” e ripensateci!
Asse come puleggia
Imparate l'utilizzo comune dell'asse come puleggia con l'affascinante modellino del
“pozzo”.
Big Quiz time
It’s time to get really busy! Try to solve every exercise by making use of the knowledge you
gained from all the previous activities and experiments.
Commenti e soluzioni
Leggete i commenti a ogni esperimento e vedete se avete dato le risposte giuste!
Premiazioni
E' il momento di ricevere il vostro premio per tutto l'impegno che avete messo nel risolvere
gli esercizi dei quiz. Scoprite se siete ancora un principiante nel settore Ruote e Assi o se
siete diventati un esperto in Mechanical Science!
contenuti
mechanical science
Ciao! Mi chiamo
Archimede e sarò la
vostra guida in
questa emozionante
avventura alla
scoperta delle
meraviglie della
Meccanica!
ruote
TM
Sono certo che sappiate già com'è fatta una ruota!
Qualunque cosa rotonda e in grado di ruotare può
essere considerata una ruota, non importa di che
materiale sia fatta (legno, ferro, plastica, ecc). Quello
che forse non sapete è che la ruota non presenterebbe
tutti i suoi vantaggi senza l'aiuto di un'altra notevole
componente ingegneristica: l'asse. Infatti non avremmo
le automobili, le biciclette o qualsiasi altro tipo di veicolo
se ruota ed asse non fossero unite!
Prima che fosse inventata la ruota, le persone
percorrevano grandi distanze a piedi o su ceppi di legno
galleggianti o addirittura su slitte o canoe. Tuttavia la ruota
aveva un potenziale che superava di gran lunga queste
vecchie tecniche. Questo è il motivo per cui è considerata
una delle più importanti scoperte dell'uomo. Molti storici
credono che gli inventori della ruota siano stati gli antichi
Sumeri (zona a sud dell'attuale Iraq), attorno al 4000 a.C.
Vi è anche una scoperta indipendente della ruota in Cina,
ma questa avvenne molto più tardi (attorno al 2800 a. C.).
Ma prima di cominciare, vorrei presentarvi i miei amici.
Ci accompagneranno nel nostro viaggio:
Matthew è il
signor So-TuttoIo. Ci fornirà tutte
le teorie e le
informazioni
necessarie nella
sezione "Area
informativa".
Andrew è una
persona altruista
e curiosa. Farà
delle domande
per assicurarsi
che abbiate
capito bene ogni
esperimento
nella sezione
"Osservazioni".
01
pag
assi
Breve storia di ruote ed assi
Il libretto contiene anche informazioni interessanti sul
mondo dei giunti, insieme a esercizi e quiz alla fine di
ogni esperimento, per verificare se avete appreso e
compreso bene. Nella sezione quiz, verranno assegnati
dei punti per ogni risposta corretta, così potrete valutare
autonomamente il vostro livello, da "Principiante" a
"En-genio". Le soluzioni si trovano alle pagine 25-31
Peter ama
esplorare e
scoprire curiosità
in tutto il mondo.
Ci racconterà le
sue storie più
strane nella
sezione "Lo
sapevate?"
&
attività manuali
Che cosa impareremo?
Questo libretto di Mechanical Science: RUOTE E ASSI
di Engino Education contiene passo per passo delle
istruzioni illustrate così che possiate apprendere da soli,
attraverso semplici esperimenti manuali ed esercizi, tutto
su ruote ed assi e su come essi vengano usati nella vita
di tutti i giorni. Con le vostre componenti Engino potrete
costruire 7 emozionanti modellini per realizzare i vostri
personali esperimenti: auto sperimentale, motocicletta
da corsa, automobile con ruote a sterzo inverso,
piattaforma di lancio, porta con pomolo, trattore su
campo e pozzo.
Come ti chiami?
Libretto di
Jennifer è la nostra
più grande
scienziata! Ci farà da
guida in ogni nostro
"Esperimento”
Angela è un
vero spasso! Vi
accompagnerà
in ogni
esperimento,
sempre ricco di
interessanti
attività e
informazioni.
James vi darà
dei punti per
ogni risposta
corretta. Quando
lo vedete nella
sezione "Quiz",
impegnatevi al
massimo, e
forse diventerete
"En-geni" in
Mechanical
Science.
Carro tirato dai cavalli
LO SAPEVATE?
Le prime ruote erano dischi
in legno rotondi con un foro
quadrato o rotondo nel
centro, attraverso cui
passava l'asse (il quale
aveva la stessa forma del
foro). A causa della natura
del legno, una semplice
sezione di un ceppo di
legno non andava bene,
in quanto non poteva
sopportare la pressione e si
rompeva. Per questo motivo
si preferirono lunghe assi di
legno arrotondate, tagliate e
smaltate nella forma del
disco rotondo,le quali
potevano resistere a una
pressione molto maggiore.
La ruota, in congiunzione
con l'asse, risolse molti
problemi pratici. Usandola,
le persone riuscirono a
trasformare la forza
muscolare degli animali (o
la forza dell'acqua) da forza
lineare a forza in qualunque
direzione desiderassero,
unendo ruota ed asse.
Forza muscolare degli
animali sfruttata usando
ruota ed asse
l meccanismo di ruota ed asse fu utilizzato inizialmente nelle ruote per
terracotta, ma anche in differenti tipi di carrozze e vagoni per il trasporto di
merci o persone. Col passare del tempo la ruota si evolvette assumendo
diverse forme. Le modifiche avevano lo scopo di rendere la ruota più
leggera e durevole. Così furono create le ruote ad anelli, in cui l'aggiunta di
raggi conferì maggiore durevolezza e minor peso, in quanto le giunture
erano fatte con fogli di metallo. Allo stesso tempo, nuovi tipi di assi e mozzi
ridussero l'attrito e i veicoli furono in grado di percorrere distanze maggiori
in minor tempo.
In Europa, secoli dopo,
l'importanza della ruota
aumentò grazie
all'industrializzazione e
all'esplosione di conoscenze
riguardo ai meccanismi. Nel
1816, a un barone Tedesco di
nome Karl von Drais venne
l'idea della prima bicicletta.
Alcuni anni più tardi furono
aggiunti i pedali alla bicicletta e
da allora ogni cosa fece il suo
corso.
Le ruote erano costruite in caucciù (gomma
naturale), e ad esse venivano aggiunti i tubi, gli
ingranaggi e altri accessori.
Questi furono poi trasferiti alle prime automobili. Oggi
la ruota viene usata come pneumatico, che è
gomma (ricavata dal caucciù)
riempita di aria e
posizionata su una
base metallica
(cerchione). Il
pneumatico è collegato
a una sospensione
(molla)
che assorbe le
vibrazioni che
provengono dalla
strada quando si
muove.
Pneumatici fatti in caucciù
su una base metallica (cerchione)
pag
02
mechanical science
ruote
TM
Cos'è in sostanza una “ruota con asse”?
&
assi
Coppia di ruote anteriori
Coppia di ruote posteriori
Barra estensibile usata come asse
Diversi tipi di meccanismi di “ruota con asse”
Comunque, non tutte le ruote ed assi sono uguali.
E non parlo delle loro dimensioni!
Se ci fate caso, la ruota di una carriola gira per
conto suo, mentre l'asse è usato solo per tenere la
ruota nella sua sede. Nel caso di un'auto tuttavia,
le ruote dipendono dagli assi per girare. Non è
strano? Seguite le istruzioni del prossimo
esperimento e scoprite cosa succede.
Scoprite...
Elementi di un'automobile sperimentale
4. Tenete fermamente con la mano l'asse (barra estensibile) e girate
lentamente una delle ruote posteriori. Gira liberamente? Scrivete le
vostre osservazioni nella prossima pagina nel caso 1
Ruota connessa a una
barra estensibile (caso 1)
Come collegare le ruote di Engino
in modi diversi.
Esperimento 1: Automobile
Procedimento:
Prima di iniziare ricordate che potete trovare commenti
(segnati con numeri tra parentesi) per ogni
passo dell'esperimento alla fine di questo libretto.
Wheel connected with
cylindrical spacers (case 2)
1. Seguite attentamente le indicazioni del Libretto di
istruzioni per costruire: RUOTE E ASSI di Engino, per
realizzare il modellino di automobile sperimentale.
2. Giocate un po' con il modellino, muovendolo avanti
e indietro su un piano e osservate come girano le parti
mobili. Cercate di individuare se ruote ed assi si
muovono liberamente (indipendentemente) o se una
causa il movimento dell'altra.
attività manuali
3. Muovete il modellino e notate i seguenti elementi: un paio di ruote
frontali connesse a due pezzi rossi e un paio di ruote posteriori (dietro)
connesse a una barra estensibile, che viene usata come asse.
Introduzione
Abbiamo visto diverse
versioni di ruote
in una varietà di congegni:
da semplici skateboard e
carriole fino a grandi
automobili ed aeroplani: le
ruote sono essenziali per il
movimento. Insieme ad
esse vi è l'umile asse,
che connette le ruote al
resto del veicolo!
Libretto di
Una macchina sperimentale
Materiali Necessari:
5. Rimuovete le due giunzioni rosse dalle ruote frontali e
passate un largo asse attraverso l'ultimo foro della barra.
Passate due distanziali cilindrici* in ciascuna parte dell'asse e
posizionate le due ruote attraverso l'asse connettendole al
distanziale.
Quindi passate altri due distanziali cilindrici su ciascun lato
dell'asse e connetteteli nuovamente alle ruote. Se non siete
sicuri di come fare, semplicemente controllate la figura di
sinistra che ve lo illustra. Tenete l'asse fermamente e girate
delicatamente una delle ruote frontali. Gira liberamente?
Scrivete le vostre osservazioni nella prossima pagina nel
caso 2.
6. Per il test finale dovete solo rimuovere i due distanziali
cilindrici che tengono ciascuna ruota e sostituirli con due
distanziali ottagonali*, premendo la forma ottagonale contro
il foro della ruota fino a che non entra perfettamente.
Ripetete la procedura e scrivete le vostre osservazioni nella
prossima pagina nel caso 3.
*distanziali cilindrici
*distanziatore ottagonale
1. Componenti Engino.
Modellino di “auto sperimentale” Engino
03 pag
2. Manuale di istruzioni per
costruire: RUOTE E ASSI di
Engino. Un'auto sperimentale
Ruota connessa a
distanziali ottagonali
(caso 3)
pag
04
mechanical science
ruote
TM
Osservazioni
Area Informativa
1) Scrivete le vostre osservazioni, SI o NO, in ciascuna casella, indicando se la ruota
gira liberamente rispetto all'asse, per ogni caso. Completate la seguente tabella secondo
le precedenti misurazioni.
Definizione di ruota ed asse:
Casi
Tipi di Ruote e assi
Osservazioni
(ruota che gira liberamente)
Libretto di
&
assi
attività manuali
Una ruota è un dispositivo circolare (rotondo) capace di girare attorno a se stesso o,
più scientificamente, capace di ruotare sul proprio asse. L'importanza dell'invenzione
della ruota, oltre al suo utilizzo sui veicoli fin dai tempi antichi, sta nella sua abilità di
essere convertita in una varietà di altre forme di componenti simili come pulegge,
ingranaggi, camme e molti altri. Oggi queste parti sono usate come componenti
essenziali di quasi ogni tipologia di macchina e meccanismo. Un asse è un'asta
circolare (barra rotonda) che si adatta a una ruota girevole o a un ingranaggio. E' usata
per tenere la ruota in posizione e trasferire la sua forza e movimento.
1
Ruota ed asse come macchina semplice:
2
Ruota e asse
3
2) Nel caso(i) in cui la ruota giri liberamente rispetto all'asse, quale forma ha l'estremità del distanziale Engino (il
piccolo pezzo grigio che passa nel foro della ruota)?
..............................................................................
Le macchine semplici sono il tipo più semplice di meccanismi
con l'abilità di moltiplicare la forza che applichiamo su di esse.
Questa abilità è chiamata vantaggio meccanico.
Tradizionalmente gli scienziati hanno raggruppato le macchine semplici in 6
categorie principali. Ruote ed assi, leve, pulegge, piani inclinati, cunei e viti.
Potete leggere e sperimentare con tutte queste macchine e molte altre
nell'emozionante serie di “Mechanical Science” di Engino Education.
Probabilmente, la macchina semplice maggiormente utilizzata è la ruota in congiunzione all'asse. La ruota di per
sé non appartiene alla categoria “Macchine Semplici”, poiché nonostante ruoti non può trasferire il suo moto e la
sua forza per conseguire un vantaggio meccanico. Quindi c'è bisogno di un asse di connessione per trasferirli in
qualunque punto che vogliamo che essi raggiungano. Il meccanismo di ruota ed asse trasferisce e moltiplica una
forza, proprio come fa una macchina semplice. Così, la prossima volta che parlerete di una ruota come di una
macchina semplice, ricordate di aggiungere anche l'asse!
..............................................................................
..............................................................................
3) Nel caso(i) in cui la ruota non giri liberamente rispetto all'asse, quale forma ha l'estremità del distanziale
Engino (il piccolo pezzo grigio che passa nel foro della ruota)?
..............................................................................
Viti
Cunei
Piano
..............................................................................
..............................................................................
Quiz 1
Potete immaginare un qualsiasi altro modo (diverso dall'esperimento) per fare girare liberamente
la ruota Engino rispetto all'asse? (punti 2)
.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Leva
Ruota ed asse
Puleggia
.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
05
Le sei macchine semplici
pag
pag
06
mechanical science
ruote
TM
assi
Una motocicletta è un veicolo a due ruote che ha un aspetto simile alla
bicicletta ma funziona con un motore a combustione interna. La prima
persona a costruire una motocicletta fu Gottlieb Daimler nel 1885, ma la
usò solamente per testare i motori. Il primo vero tipo di motocicletta fu
costruita dai fratelli Werner nel 1900 con un motore a combustione interna
e una cinghia per trasferire il movimento (trasmissione). Alcuni anni più
tardi fu costruito un sistema a movimento misto che includeva una cinghia
e una catena. Dopo il 1914 fu introdotta la scatola del cambio e nel 1923
prevalse la trasmissione a catena.
Oggi è tornata in auge la trasmissione a catena, così come altri modelli
che fanno uso di assi.
- Ruota ed asse fissi: questo meccanismo consiste in una ruota
grande fissata a una ruota di diametro inferiore o a un asse rigido.
Quando l'asse ruota, gira anche la ruota. Lo stesso accade in
retromarcia. Un giro completo di una delle due parti causa una
rotazione completa dell'altra parte.
Pneumatico fissato su
Una vera motocicletta
LO SAPEVATE?
Monopattino
Bicicletta
- Ruota ed asse a rotazione libera: questo meccanismo
consiste in una ruota grande connessa ad un asse in modo tale che il
movimento della ruota non influenzi il movimento dell'asse.
L'asse è fissato fermamente al carrello o al veicolo e passa attraverso
un foro nel centro della ruota, la quale gira liberamente attorno all'asse.
In altre parole la ruota non è fissata all'asse, muovendosi insieme
come singola entità, ma ha la capacità di ruotare liberamente mentre
l'asse rimane fisso e immobile.
Carrello
&
attività manuali
Motocicletta ad alta velocità:
Tipi di meccanismi “ruota ed asse”:
Dopo aver completato il primo esperimento a pagina 3 potreste aver
osservato che ci sono 2 tipi di meccanismi ruota-asse a seconda del
modo in cui la ruota gira rispetto all'asse. Chiameremo questi due tipi
“fisso” e “a rotazione libera”.
Vi sono molti esempi di questo tipo di meccanismo che si trovano nelle
automobili moderne, motociclette e in quasi tutti i veicoli moderni.
Solitamente il movimento e la forza sono trasferiti dal motore dell'auto
all'asse e da lì alla ruota, che gira sulla strada.
Libretto di
Questo tipo di meccanismo era molto comune in passato, come nei
vagoni e carrelli o nelle moderne carriole. Normalmente, il movimento
e la forza provengono da una fonte esterna quale uomini o cavalli, che
sono poi trasferiti alla ruota grazie alla sua connessione all'asse del
veicolo.
Automobili con ruote a sterzo inverso:
Questo modellino Engino contiene due coppie di ruote ed assi: frontale
e posteriore. Entrambi i meccanismi sono “ruota ed asse a rotazione
libera”, poiché non c'è un motore che fornisce energia all'asse e quindi
poi alla ruota. La cosa strana riguardo a questo modellino è che le
ruote frontali girano nella direzione opposta del volante!
Se non mi credete provate a costruire il modellino seguendo le
istruzioni a pagina 2-3 di Engino.
Fate attenzione, tuttavia, poiché questo particolare modellino è
abbastanza complesso e avrete bisogno di utilizzare tutta la vostra
esperienza nelle costruzioni Engino per poterlo realizzare!
Le prime automobili erano
controllate da un timone,
ossia una lunga maniglia
collegata direttamente alle
ruote! Come potete
immaginare, questo sistema
di guida presentava molti
problemi, specialmente
quando le auto divennero
più veloci. La versione del
volante, come lo
conosciamo oggi,fu
introdotta alla fine del XVIII
secolo. Questo sistema di
controllo è un altro
meccanismo di ruota ed
asse fissi. Quando il volante
viene girato alla destra o
alla sinistra dal guidatore il
movimento è trasferito
all'asse e poi alle ruote
dell'auto, consentendo al
veicolo di girare. Più grande
è il volante, più facile è far
girare le ruote. Questo è il
motivo per cui grandi
mezzi come gli autobus e
i camion hanno volanti più
grandi rispetto alle normali
automobili.
Potete creare la vostra personale motocicletta da
corsa seguendo le istruzioni a pag. 4-5 del libretto
di istruzioni per costruire:RUOTE ED ASSI di
Engino. Quando avrete finito di sperimentare,
essa sarà un meraviglioso elemento di
decorazione della tua camera da letto!
Noterete che il modellino ha un manubrio di
guida. Prova a girare attorno ad un angolo senza
usare il manubrio; dapprima solo spingendo la
motocicletta come si vede nella figura sotto.
Sentite lo sforzo necessario. Dopodiché girate lo
stesso angolo usando il manubrio mentre le ruote
girano normalmente. Sentite la differenza?
Questa è un'applicazione della ruota in cui l'attrito
diventa nuovamente un alleato, agevolando il
movimento, piuttosto che un nemico!
Modellino di
motocicletta ad
alta velocità Engino.
Girare l'angolo senza
usare il manubrio di guida
Questo è un altro uso del meccanismo “ruota con asse”.
I veicoli sono in grado di girare gli angoli grazie all'abilità della ruota nel
seguire un percorso circolare senza aumentare l'attrito.
Verifica:
verificate quanto avete imparato.
Cos'è una RUOTA e cos'è un ASSE?
Come si congiungono ruota ed asse per formare una
MACCHINA SEMPLICE?
Che TIPI di meccanismi RUOTA-ASSE?
Modellino Engino di “automobile
con ruote a sterzo inverso”.
Che cosa sono le RUOTE A STERZO INVERSO?
07 pag
Car steered
with a tiller
Che cos'è una MOTOCICLETTA?
pag
08
mechanical science
ruote
TM
Dimensioni e attrito
Libretto di
&
attività manuali
assi
4. Per il test 2, rimuovete le ruote grandi dall'automobile
sperimentale, lasciando montate le ruote più piccole. Ripetete la
procedura come al punto 3 e completate la tabella in fondo alla pagina.
Introduzione
Quando vedete un grosso camion
o un trattore, la prima cosa che notate è la
dimensione enorme delle loro ruote.
A parte sostenere il peso di veicoli così
grandi, sapete cos'altro ci possono offrire
queste ruote così grandi?
E ancora… nelle corse di formula uno il
pilota deve fare uno o due pit stop per il
rifornimento di carburante e per cambiare le
ruote. Cosa pensate che accada da rendere
così importante il cambio delle ruote? Non
preoccupatevi! Avrete le risposte che state
cercando seguendo le istruzioni di Jennifer
nel prossimo esperimento.
Esperimento 2: Piattaforma di lancio
Procedimento:
1. Seguite attentamente pag. 6-7 del libretto
di istruzioni per costruire: RUOTE ED ASSI
per costruire il modellino piattaforma di lancio.
La corda fornita è un po' più lunga del necessario,
pertanto è meglio annodarla in modo che la parte
rimanente di corda penzoli dalla parte superiore
della piattaforma invece che dall'asse della manovella.
5. Per il test 3, rimuovete le ruote più piccole dall'automobile e
ripetete la procedura come prima. Completate la tabella con le vostre
misurazioni.
6. Adesso stiamo per fare un nuovo esperimento al fine di esplorare
le proprietà dell'attrito. Prendete il veicolo senza ruote come nella
figura a destra e ripetete la stessa procedura dell'esperimento
precedente. Completate la seconda tabella nella pagina seguente,
usando diverse superfici.
Cambiare le ruote in un
pit-stop di auto da formula 1
Scoprite...
Perché si usano le ruote per
spostare carichi pesanti e quale
beneficio si ottiene utilizzando
ruote grandi piuttosto che
piccole.
Potete usare carta normale (come quella usata nelle tipografie) che
deve essere attaccata sulla superficie della piattaforma. Poi ripetete il
test con altri tre materiali: cartoncino, nastro adesivo e carta vetrata,
completando le vostre osservazioni quando avete
Osservazioni
1) Completate la seguente tabella secondo le vostre osservazioni.
Test
2. Posizionate la vostra automobile sperimentale con le
ruote grandi sulla piattaforma e girate lentamente la
manovella. Quando l'auto inizia a muoversi giù dalla
piattaforma fermate la rotazione della manovella.
Veicolo per il secondo
esperimento.
Usate solo questo tipo
per tutti i test sull'attrito.
Tipo di veicolo
Piattaforma di sollevamento
di un veicolo
(numero di fori Engino)
1
3. Quindi misurate l'altezza a cui la piattaforma è stata
elevata. Per fare questo dovreste usare i piccoli fori ottagonali
della barra estensibile Engino (numero 1 sarebbe il piccolo foro
più vicino alla piattaforma). Scrivete le vostre misurazioni nella
tabella dell'area osservazioni per il test 1.
Piattaforma
2
manovella
Materiali Necessari:
Piattaforma di
Sollevamento
1. Componenti Engino
Modellino Engino
“piattaforma di lancio”
Inizia a misurare
l'altezza del sollevamento
Da qui (numero 1)
09 pag
Elementi della piattaforma di sollevamento
3
2. Manuale di istruzioni per
costruire: RUOTE E ASSI di
Engino
3. Tre tipi di carta: da stampa,
cartone e carta vetrata;
4. Nastro adesivo.
pag
10
ruote
TM
2) In quale test avete notato il minore sollevamento della piattaforma? Qual è la differenza di
questo veicolo, se confrontato con gli altri?
......................................................................
......................................................................
......................................................................
3) Completate la tabella in base alle vostre osservazioni (passo 6).
Superficie della piattaforma
1
Superficie iniziale
2
Carta da stampa
3
Cartoncino
Piattaforma di sollevamento
di un veicolo
(numero di fori Engino)
&
assi
attività manuali
Area Informativa
Vantaggio Meccanico (V.M.)
Abbiamo già visto che il meccanismo ruota-asse
appartiene alla categoria delle macchine semplici,
cioè i più semplici tipi di meccanismo che hanno
l'abilità di moltiplicare la forza che vi immettiamo.
Questa abilità è chiamata vantaggio meccanico ed
è calcolato dividendo il carico per lo sforzo.
Nel caso del meccanismo “ruota ed asse”, tuttavia,
possiamo esprimere questa formula in modo
diverso.Poiché entrambi gli oggetti sono tondi,
possiamo calcolare Il vantaggio meccanico come il
rapporto dei loro raggi,come rappresentato nella
formula a destra e illustrato nella figura sotto.
Formula del vantaggio
meccanico (V.M.)
Formula del vantaggio meccanico
di ruota ed asse
4
Nastro adesivo
5
Carta vetrata
ax
le
ra
di
Test
Libretto di
us
mechanical science
In parole semplici, il vantaggio meccanico
dipende sia dal raggio della ruota, sia dal raggio
dell'asse.Ovviamente maggiore è la ruota rispetto
all'asse, maggiore è il vantaggio meccanico
acquisito.
s
diu
ra
eel
wh
4) Rilevate un differente sollevamento in ciascun test? Cosa resta invariato e cosa cambia di volta
in volta a seconda del materiale usato in questo esperimento?
......................................................................
......................................................................
......................................................................
Quiz 2
Quale automobile credete che si muova con più facilità rispetto alle altre?
Cerchiatela e spiegate brevemente la vostra scelta qui sotto (punti: 2)
Il vantaggio meccanico dipende
dai raggi di ruota ed asse
Questo è vero anche per situazioni in cui una fonte
esterna applica uno sforzo per muovere un veicolo
(per esempio nei carrelli, auto con rimorchio,
carrelli trasportatori, carriole a ruote). Quindi, a
seconda del rapporto tra il raggio della ruota e il
raggio dell'asse, se viene installata una ruota più
grande, si ottiene un maggiore vantaggio
meccanico e muovere il veicolo diventa un'impresa
molto più semplice.
Attrito
Più difficile
Più semplice
Se montiamo ruote più grandi su un veicolo,
è più semplice per noi trasportare carichi pesanti.
Questo è tutto ciò che vi serve sapere sul “vantaggio
meccanico”!
Uno dei fenomeni più importanti che influenzano il
funzionamento e l'efficienza generale di ogni
macchina è l'attrito. L'attrito (f) è la forza che
resiste al moto e si genera quando un oggetto si
muove (o qualcuno tenta di muoverlo). Vi sono due
tipi di attrito tra oggetti solidi, a seconda se essi si
muovano oppure no:
......................................................................
......................................................................
......................................................................
11
pag
- l'attrito statico si ha quando due oggetti sono a
contatto tra di loro senza muoversi, e lo sforzo è
applicato per muoverli.
Per esempio, quando cerchiamo di spingere una
scatola, dobbiamo superare
un attrito statico tra la scatola e il suolo perché la
scatola possa iniziare a muoversi.
Per spingere una scatola
dobbiamo superare un
attrito statico
pag
12
mechanical science
ruote
TM
- L'attrito cinetico compare quando due oggetti in contatto si muovono
in relazione l'uno all'altro. Per esempio, quando trascinate una scatola
per terra, potete sentire che c'è un'altra forza proveniente dal suolo.
Questa forza è l'attrito e dipende da quanto ruvida è la superficie del
pavimento e quella della parte della scatola che vi scivola sopra. Il più
delle volte l'attrito rappresenta uno spreco di energia, spesso convertita in
calore e suono unitamente all'usura delle superfici di gomma.
f = μ.N
Il più delle volte l'attrito consuma energia in modo non desiderato. In molte
macchine con parti in movimento l'attrito resiste e rallenta il movimento,
causando sfregamento e danneggiando a lungo andare i meccanismi.
Teoricamente, se non ci fosse attrito saremmo stati in grado di muovere grandi
pesi col minimo sforzo. Ma nella realtà questo non accade, pertanto vengono
usati diversi metodi per ridurre gli effetti dell'attrito:
Uso di lubrificanti (grasso nei tempi
moderni e grasso animale nei tempi
antichi)
Uso di assi in metallo invece di quelli in
legno;
Uso di assi più sottili (il più possibile);
Uso di cuscinetti a sfera;
Verifica:
assi
Cuscinetti a sfera
Introduzione
Sono certo che abbiate visto molti tipi e
modelli di porte che si aprono e
chiudono in una varietà di modi.
Alcune neanche necessitano di uno
sforzo da parte nostra per aprirsi, poiché
funzionano automaticamente attraverso
un rilevatore di movimento.
Nelle porte ordinarie tuttavia ci sono due
modi principali di utilizzo: il pomolo e la
maniglia. Funzionano secondo lo stesso
principio? Scopritelo con il prossimo
esperimento.
Due modi di aprire una porta: serratura e pomolo
LO SAPEVATE?
Metodi per ridurre l'attrito
Lubricanti
&
attività manuali
Ruota ed asse come leva
Un bambino si
diverte coi pattini
Il coefficiente di attrito
Materiali e superfici diversi portano a diverse forze di attrito, perfino nel caso
in cui venga applicato il medesimo sforzo. Questa particolare caratteristica
delle superfici gommate è chiamata dagli scienziati coefficiente di attrito
(simboleggiata dalla lettera greca η). Un altro fattore che influenza l'attrito è
il peso dell'oggetto che stiamo cercando di muovere! Fu Isaac Newton
nel1687 a dire “per ogni azione vi è una reazione uguale e contraria”, quindi
quando una scatola è appoggiata per terra il suo peso preme sul suolo e il
suolo spinge verso l'alto la scatola!
Questa reazione del suolo si indica con la lettera N e
influenza direttamente l'attrito
(f) come potete vedere anche dalla formula.
Libretto di
Uso di appropriati materiali di attrito
quali anelli in bronzo e nylon.
verificate quanto avete imparato.
Come possiamo calcolare il VANTAGGIO
MECCANICO di ruota ed asse?
Molte volte l'attrito è
auspicabile, in quanto
agisce da amico. Nello
specifico, quando usiamo i
freni della nostra bicicletta,
noi agiamo per ridurre la
velocità con l'aiuto
dell'attrito! Quando
azioniamo i freni di un'auto,
le ruote non girano più e
l'auto si ferma grazie alla
forza dell'attrito che si crea
tra strada e ruote.
Gli effetti dell'attrito sono
visibili sui segni delle ruote
lasciati sulla strada. In
generale, se non ci fosse
attrito, non si potrebbero
ottenere i normali
movimenti degli oggetti (per
esempio guidare un'auto
sulla strada o perfino
camminare), poiché tutto
scivolerebbe!
Scoprite...
Come funziona un pomolo e
come si differenzia dalla maniglia
della porta.
Esperimento 3: Porta con pomolo
Procedimento:
1. Seguite attentamente le istruzioni a pag. 8-9 del
tuo manuale di istruzioni
Per costruire RUOTE & ASSI di Engino, e realizzate la
porta col maniglia a pomolo.
2. Giocate un po' con il vostro modellino per capire
come funziona. Osserva come sono connessi tra loro
ruota ed asse. E' un meccanismo “fisso” di ruota ed
asse o è un meccanismo “a rotazione libera”?
A door knob
Materiali Necessari:
Cos'è l'ATTRITO e quali TIPI DI ATTRITO
esistono?
1. Componenti Engino.
Cos'è il COEFFICIENTE DI ATTRITO?
2. Manuale di istruzioni per
costruire RUOTE E ASSI di
Engino.
Cosa possiamo fare per RIDURRE
L'ATTRITO?
3. Osservate anche il meccanismo di chiusura che è
fissato all'asse. Quando la ruota e l'asse girano, la
serratura ruota nella stessa direzione, mettendo in
sicurezza la porta.
4. Ora, rimuovete la ruota dal modellino e sostituitela
con una manovella (vedi la figura). Cercate di aprire
Maniglia Engino nuovamente il meccanismodi chiusura. Noterete che
praticamente non cambia nulla e la porta si apre allo
stesso modo di prima.Dopodiché cercate di
rispondere a Andrew nella prossima pagina.
Modellino Engino “porta con
13 pag
Segni di ruote causati
dall'attrito
pag
14
mechanical science
TM
Osservazioni
1) Posizionate una freccia sul pomolo (ruota) e sulla manovella, per mostrare la
direzione in cui è necessario applicare la forza per aprire la porta.
ruote
Libretto di
&
attività manuali
assi
Area Informativa
Ruota ed asse con leva:
Il meccanismo ruota ed asse si comporta come una leva in grado di ruotare a 360º.
Il carico e lo Sforzo vengono continuamente applicati o alla superficie della ruota o
all'asse rotante. I principi base delle leve sono spiegati in dettaglio nella confezione di
Mechanical Science: LEVE di Engino Education, dove potete sperimentare e
apprendere tutto riguardo a questa macchina semplice
Sforzo
Carico
Braccio
sforzo
Braccio
di carico
Fulcro
Elementi di una leva
In questo libretto, dobbiamo solo ripassare
questi principi e come essi si applicano al
meccanismo di ruota ed asse. Una leva è un
meccanismo che gira attorno a un punto
fisso chiamato Fulcro, mentre una forza,
chiamata sforzo, viene applicata al fine di
muovere un carico (peso).Le leve si dividono
in tre classi, a seconda della posizione del
fulcro, dello sforzo e del carico.La distanza
tra il fulcro e il punto in cui viene applicato lo
sforzo si chiama braccio di sforzo e la
distanza tra il fulcro e il carico si chiama
braccio di carico (vedi la figura).
Quando una forza è applicata a una leva, causa un movimento rotatorio detto Momento
(simboleggiato da M), che è uguale al prodotto di forza (F) e distanza (S) dal fulcro (M =
F x S). Quando una leva è bilanciata, significa che il momento in senso orario è uguale
al momento in senso antiorario M = M, quindi F x S = F x S . 1 2 1 1 2 2 Formula per i momenti (M)
M=FxS
2) Le frecce puntano nella stessa direzione? Otteniamo lo stesso risultato in entrambi i casi?
..............................................................................
..............................................................................
E
..............................................................................
RE
Quiz 3
Qual è il vantaggio meccanico del modellino Engino “porta con pomolo”? (punti 2)
.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
E
Ruota ed asse come leva di prima
classe:
RL
F
L
Forze applicate al meccanismo
di un pomolo di una porta che
funziona da leva
Il pomolo della porta è un esempio di ruota ed
asse che funzionano da leva. Il carico (L) è il peso
dell'intero meccanismo
(pomolo di porta, asse e meccanismo di
chiusura).Lo sforzo (E) viene applicato sulla ruota
(pomolo),mentre l'asse funge da parte del fulcro
(F). RE e RL sono i raggi del pomolo e dell'asse
rispettivamente, che rappresentano il braccio di
sforzo e di carico (vedi figura).
RE
F
L
RL
Schematic of the
door knob forces
Caric
.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Più semplicemente, nella prossima figura potete vedere le posizioni di
forza, fulcro e carico, indicanti chiaramente che il pomolo della porta agisce
come una leva di prima classe (il fulcro si trova tra lo sforzo e il carico). Se
sostituiamo il pomolo con una maniglia, otterremo lo stesso risultato.
Sforzo
Appena prima che il meccanismo sia girato, la leva è bilanciata: ciò
significa che il momento dello sforzo è uguale al momento del carico
ME = ML
E . RE = L . RL
Se diamo uno sguardo più da vicino alla formula sopra noteremo poiché la
distanza dello sforzo è maggiore della distanza del carico: possiamo
superare il carico e girare il meccanismo abbastanza facilmente. In questo
modo, viene raggiunto un vantaggio meccanico, il che significa che il
meccanismo semplice del pomolo della porta moltiplica la forza che mi
mettiamo.
15 pag
wheelbarrow
Fulcro
Diagramma di leva
di prima classe
pag
16