costruisci un'aquila volante
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.
su camme e manovelle
Camme e Manovelle
potrebbero non essere
incluse nella categoria delle
macchine semplici, ma
giocano sicuramente un
ruolo molto importante nel
modo in cui esse
funzionano. Il compito di
mettere in moto e cambiare
la direzione della forza
?reso possibile dall'utilizzo
di queste parti semplici
nella forma. Entra
nell'affascinante mondo di
camme e manovelle e
esplora la magia della
Scienza Meccanica!
Questo affascinante modello di Aquila Volante
ti introdurrà nel concetto di camme e
manovelle. Gira la manovella, e scopri come
l'aquila batte le ali, producendo un
sorprendente movimento.
Come funzionano camme e manovelle.
Come cambiare tipo di movimento.
costruisci una gru pescatrice
Costruisci una unica Gru Pescatrice e impara
come la manovella aiuta a mettere in
movimento questo dispositivo. Paragona il tuo
modello con una gru vera e propria, e scopri le
capacità di una manovella quando è connessa
ad una corda per sollevare carichi pesanti.
mechanical science
TM
camme
e
manovelle
Impara come trasmettere energia usando Camme e Manovelle e come queste possono essere usate
per convertire il moto alternato in lineare. Costruite 5 modellini, fra cui una pompa per l'estrazione
del petrolio, un'aquila volante, una macchina da cucire e una figura in movimento. E' incluso un
libretto di attività di 36 pagine, con esperimenti innovativi e spiegazioni dettagliate sui diversi principi
tecnologici applicati! E' incluso anche un libretto con dettagliate istruzioni per la costruzione.
Come le manovelle mettono in moto
le macchine.
Come sollevare pesanti carichi usando
una manovella
costruisci una figura in
movimento
Gioca con questo incredibile modellino di
figura in movimento che usa le camme e
impara come puoi cambiare la direzione del
movimento e assemblare 2 diversi tipi di
camme. Gioca con questo modello e scopri le
proprietà delle camme.
Come usare Engino per creare camme
a pera.
Come creare dispositivi di regolazione con
le camme.
costruisci una pompa per
l'estrazione del petrolio
Crea un meraviglioso modellino di pompa per
l'estrazione del petrolio e scopri come macchine
semplici e diverse funzionano insieme alle
camme. Sei impegnato nel sondaggio per il
petrolio? Gira la manovella e guarda come tutto
cambia posizione davanti ai tuoi occhi.
Come puoi combinare le macchine.
Cos'è la forza di immissione e di emissione.
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libretto di attività manuali
mechanical science
camme
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&
manovelle
attività manuali
Cosa impareremo?
Incontrate i vostri compagni di viaggio e intraprendete un fantastico viaggio nel
sorprendente mondo di Camme e Manovelle!
Breve storia delle manovelle
Leggete l'interessante storia delle Manovelle, dai tempi antichi fino agli anni recenti.
Cos'è una manovella in sostanza?
Costruite e fate esperimenti con un modellino di "gru pescatrice", per scoprire cos'è una
Manovella e quali sono i suoi principi basilari.
Tipi di movimento
Create il vostro modellino di pompa per l'estrazione del petrolio e imparate tutto sul
meccanismo di asta di connessione e manovelle e sui diversi tipi di moto. Guardate come
potete utilizzare i pezzi Engino in varie combinazioni per creare manovelle.
Cos'è una camma in sostanza
Qui leggerete la storia delle camme e imparerete la giusta terminologia delle camme. Fate
esperimenti e divertitevi con il modellino della figura in movimento per scoprire come
vengono usate le camme.
Il Grande Quiz
E' il momento di impegnarvi sul serio! Cercate di risolvere ogni esercizio facendo uso delle
conoscenze che avete acquisito dalle attività e dagli esperimenti precedenti.
Commenti e Soluzioni
Leggete i commenti per ogni esperimento e vedete se avete dato la risposta giusta!
Premiazione
E' il momento di prendere il vostro premio per tutto il duro sforzo che avete impiegato nel
risolvere gli esercizi del quiz e vedervi come un Mechanical Scientist, nel Dipartimento di
Camme & Manovelle!
modelli.
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
contenuti
mechanical science
camme
TM
Cosa impareremo?
Ciao! Mi chiamo
Archimede e sarò la
vostra guida in
questa emozionante
avventura alla
scoperta delle
meraviglie della
Meccanica!
camme e Questo libretto di Mechanical Science: Camme
& Manovelle di Engino Education contiene istruzioni
illustrate passo a passo, così attraverso semplici
esperimenti pratici ed esercizi, potrete imparare da soli
tutto su camme e manovelle e su come vengono usate
nella vita quotidiana. Con i vostri pezzi Engino potrete
costruire 5 stimolanti modellini per condurre i vostri
esperimenti: una gru pescatrice, una pompa per
l'estrazione del petrolio, un'aquila volante, una macchina
da cucire e una figura in movimento.
Il libretto contiene anche informazioni interessanti sul
mondo di camme e manovelle, 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.
Ma prima di cominciare, vorrei presentarvi i miei amici.
Ci accompagneranno nel nostro viaggio:
Peter ama
esplorare e
scoprire curiosità
in tutto il mondo.
Ci racconterà le
sue storie più
strane nella
sezione "Lo
sapevate?"
01 pag
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".
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.
&
manovelle
attività manuali
Breve storia delle Manovelle
Forse avete giocato con giocattoli a corda, che fanno
tutti quei movimenti divertenti e strani, oppure avete
usato un temperamatite! Questi dispositivi intelligenti
usano meccanismi a camme o a manovella per
muoversi, ma avete mai prestato attenzione a come
questi meccanismi funzionano veramente? Li potete
vedere quasi dappertutto e sono sicuro che la maggior
parte delle volte non ve ne siete neanche resi conto. Dai
dispositivi più comuni, come il macinino per il pepe, a
quelli più complessi, come motori di auto messi a punto,
camme e manovelle sembrano giocare un ruolo vitale
nella nostra vita di tutti i giorni, e questo libretto vi aiuterà
a scoprire tutti i loro segreti!
Come ti chiami?
Libretto di
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.
Donna di villaggio che usa
la macina a mano
LO SAPEVATE?
Il meccanismo a manovella
è diventato comune in
Europa agli inizi del XV
secolo, spesso applicato
nell'ambito militare. Questi
dispositivi includono argani
a manovella (invece di
ruote a raggi) per tendere le
balestre da assedio, catene
di secchi a manovella per
sollevare l'acqua e
manovelle unite a una ruota
delle campane. Una
suggestiva applicazione
delle manovelle si trova nel
disegno "Anonimo delle
Guerre hussite", che mostra
una barca con un paio di
ruote a pale ad ogni
estremità e girate da uomini
che muovevano manovelle
composte, come potete
vedere nella figura. Il
concetto venne
successivamente
migliorato dall'italiano
Roberto Valturio nel
1463, che ha
progettato una barca
con cinque apparecchi
del genere, dove
manovelle parallele
sono tutte unite ad una
singola fonte di energia
da un'unica asta di
connessione.
La manovella ha molte forme oggi, ma nei tempi antichi
era utilizzata come manico per ruotare le cose, come parti
delle macchine. Forse la prima esigenza è nata dai primi
periodi dell'agricoltura, quando gli uomini dovevano
trovare un modo per macinare i chicchi di grano e farne
farina per pane cotto al forno. Il manico montato in modo
eccentrico del macina a mano rotante è apparso nella
Spagna Celtiberica del V secolo A.C. e infine diffuso
nell'Impero Romano. Il mulino a mano consiste di due
utensili in pietra sovrapposti per macinare a mano non
soltanto il grano, ma una grande varietà di materiali,
incluse noci, semi, frutta, vegetali, erbe, spezie, carne,
corteccia, pigmenti e argilla. La pietra inferiore, fissa, viene
chiamata statica, mentre la pietra superiore, mobile, viene
chiamata palmento, e questa viene considerata una
manovella. Questo tipo di macina a mano è stato utilizzato
più tardi anche in molte altre parti del mondo, ma è stato
gradualmente rimpiazzato dalle macine meccaniche.
La manovella come manico aveva ed ha molte
applicazioni, e si trova perfino nelle biciclette e
nelle canne da pesca! Ma l'ingegno degli uomini
non si è fermato qui. Tagliare le pietre o larghi
pezzi di legno era uno dei problemi maggiori nei
tempi antichi. Gli antichi dovevano trovare un
modo per stimolare il movimento oscillatorio della
sega senza fare affidamento sulla limitata forza
umana, ma sulla forza dell'acqua che scorre o
che cade, che era molto maggiore. La prima
testimonianza di mulini ad acqua che usavano
ruote per sfruttare la forza dell'acqua risale al III
secolo A.C. in Grecia. Comunque, la
combinazione della manovella ad una asta di
connessione per convertire il movimento rotatorio
in un movimento simile a quello di una sega
appare molto più tardi nelle rovine della segheria
romana di Ierapoli a partire dal III secolo D.C.
La barca a pale con
manovella del Medioevo
Una ruota ad acqua
Queste scoperte storiche
del meccanismo a asta di
connessione e della
manovella indicano che
questo principale
elemento del molto più
tardo motore a vapore era
già conosciuto dai tempi
antichi.
La prima auto
Le manovelle erano molto
comuni in molte macchine dei
primi anni del XX secolo; per
esempio, quasi tutte le
macchine fotografiche, prima
degli anni '30, venivano accese
da una manovella, e perfino le
prime auto dovevano essere
messe in moto attraverso l'uso
di una maniglia staccabile.
pag
02
mechanical science
camme
TM
Cos'è una manovella in sostanza?
&
Una barca con una gru
Scoprite...
Posizione del
manico
FORZA
(difficoltà nella rotazione)
lento
veloce
la più
difficile
il più
veloce
1
3
1
3
2
4. Nel caso 1, la maniglia viene inserita nel primo foro della
manovella (indicato dal numero 1 nell'immagine a sinistra) che è il
più distante dall'asse nera dove la corda si avvolge. Girate la
manovella e cercate di sentire quanta forza devi impiegare per
sollevare completamente il peso. Fate attenzione anche alla
velocità con la quale il peso viene sollevato e completate la
tabella nell'area osservazione. Ricordate che dovrete modificare
la vostra lista di controllo più tardi, dopo aver compiuto tutti i
passi.
5. Nel caso 2, rimuovete il manico e inseritelo nel
secondo foro della manovella (indicato con il numero 2
nell'immagine) e provate di nuovo a girare la manovella
il peso non sia completamente sollevato. Quanto
pag finché
è potente la forza che devi impiegare? Con quanta
velocità si solleva il peso?
03
difficile
2
2. Giocate per un po' con il vostro modellino, così
potrete capire come funziona. Girate la manovella in
senso orario e anti-orario, e osservate cosa succede. [1]
4
VELOCITA' DI SOLLEVAMENTO
Perchè la manovella è una parte
vitale di quasi tutte le macchine con
funzione manuale.
1. Seguite attentamente le istruzioni a pagina 1-2 del
Manuale di istruzioni per costruire di Engino: CAMME &
MANOVELLE, per costruire un interessante modellino di
gru pescatrice.
3. Ora è il momento di sentire la forza applicata
in ogni caso sulla manovella perché il peso
venga sollevato. Completate la colonna
"FORZA" nell'area delle osservazioni. Dovremo
condurre lo stesso esperimento ma in ogni caso
dovremo spostare la maniglia sempre più vicina
all'asse di rotazione.
Modellino
della gru
pescatrice Engino
1) Completate la seguente tabella con le vostre osservazioni nei casi 1,2 e 3 sulla forza che avete impiegato sulla
manovella perché il peso fosse completamente sollevato.
facile
Procedura:
Prima di iniziare, ricordate che potete trovare commenti
(segnati con numeri tra parentesi) per ogni passo
dell'esperimento a pagina 25-27. Potete anche scrivere
le vostre risposte negli appositi spazi.
manovelle
Osservazioni e attività supplementari
Caso
Esperimento 1: La Gru pescatrice
attività manuali
6. Nel caso 3, il manico dovrebbe essere rimosso di nuovo e inserito nel terzo
foro della manovella (indicato con il numero 3). Ancora una volta, provate a
completare le appropriate colonne nella tabella sotto. Quanto è potente la
forza che devi impiegare? Con quanta velocità si solleva il peso?
Introduzione
Probabilmente avete visto diverse manovelle in una
varietà di dispositivi, dal temperamatite vecchio stile e la
semplice macina per carne da cucina fino ad un argano
che avvolge la corda per sollevare le vele. Ma come
funziona davvero una manovella e cosa ci offre?
Riuscite ad immaginare una ragione per la quale le
manovelle sono così utili in molte macchine attorno a
noi? Per scoprire cos'è una manovella e come funziona,
costruite una gru con una manovella e conducete il
seguente esperimento con la guida della nostra amica
Jennifer.
Libretto di
Un temperamatite vecchio stile
2) Osservate attentamente la colonna della "posizione del manico", la colonna della "FORZA" e la colonna della
"VELOCITA' DI SOLLEVAMENTO". Annotate le vostre conclusioni sulla relazione tra la posizione dell'asse sulla
manovella, la difficoltà nella rotazione e la velocità con la quale il peso viene sollevato.
Materiali necessari:
1. Componenti Engino.
2.
Manuale di istruzioni per
costruire di Engino: CAMME e
MANOVELLE.
Quiz 1
Completate le seguenti frasi usando le parole
del riquadro grigio (2 punti)
asse, più semplice, più piccolo,
più difficile, manovella, carrucola,
più lungo, manualmente, più veloce,
più lento
Quando noi giriamo………………… un/una…………..................... usando la nostra
mano, più lontano il manico si trova dal/dalla......................, …………………..........
è per la manovella girare e sollevare il peso è............................. .
pag
04
mechanical science
camme
TM
Area informativa
Libretto di
&
manovelle
attività manuali
F
F
R
La manovella come un manico:La prima e più
comune applicazione della manovella è quella di un
manico posizionato in modo deviato rispetto all'asse di
rotazione, per aiutarci a ruotare le cose. La prima
macchina creata dagli umani era una macina a mano, e poi
questa tecnologia è stata applicata ai pozzi per tirare su
l'acqua. Al giorno d'oggi, se osservate bene, scoprirete
molte macchine che funzionano manualmente e dispositivi
che utilizzano manovelle in maniera simile. Per esempio
molte delle macchine per macinare caffè o sale delle
nostre cucine e perfino il temperamatite!
R
T=FxR
T
Formula per la Torsione
T
T=F xR
Un macina pepe
Un temperamatite
Un macina caffè
Definizione di Torsione:Quando applichiamo
una forza tangenziale rispetto al centro, creiamo un
Momento, il quale, quando applicato a parti rotanti, si
chiama Torsione. Possiamo definire con parole
semplici la Torsione come una tendenza a ruotare, e
più alta è più è semplice che essa giri. Possiamo
calcolare la Torsione (T) matematicamente
moltiplicando la Forza tangenziale (F) per la distanza
della Forza dal centro, ossia il Raggio (R).
Argano:
La manovella è anche una parte vitale del meccanismo dell'"argano", che
viene usato per avvolgere e conservare la corda. Gli argani vengono usati
nelle barche a vela, nelle gru, perfino negli ascensori e sono frequentemente
elementi della meccanica dei backstage per muovere le scenografie in molte
produzioni teatrali. Gli argani sono spesso parte del palco e vengono usati per
spostare grandi parti del set sulla scena e fuori dalla scena.
Un argano per barche
Imagine that you are trying to wind up the rope on a winch that is
pulling a car weighing more than a ton! You attempt to turn the crank
but it is impossible...the weight is enormous. What can you do?
Remember our experiment with the crane? One solution would be to
have a crank handle that is not so near to the center of the axle. But
why does this work? What is the relationship between input force and
the distance of the handle from the axle center?
If the Radius increases
the Force will decrease
Nel nostro set di Mechanical Science di Engino
Education: "Ruote e Assi" ci sono molte altre
informazioni su questo aspetto. Perché un oggetto
inizi a girare dobbiamo applicare una Torsione tale
da superare il peso. Se applichiamo la Forza più
vicino al centro allora il Raggio del nostro movimento
circolare è minore, per cui è necessaria una grande
Forza. Se, al contrario, applichiamo la Forza molto
più lontano rispetto al centro, allora il Raggio sarà
maggiore e la Forza necessaria per creare la stessa
Torsione è minore rispetto a prima.
Cos'è una corona:
Una applicazione delle manovelle che sono sicuro
conosciate bene sono i pedali delle biciclette. I pedali sono
attaccati a due manovelle, una su ogni lato della bicicletta,
montate a 180 gradi sfalsati, così le gambe possono
spingere verso in basso una alla volta. Questa
combinazione di manovelle e pedali viene chiamata corona
e converte in modo efficiente il moto alternato delle nostre
gambe (su e giù in rotatorio). Infatti, le prime biciclette non
avevano corone e chi le utilizzava si muoveva in avanti
spingendosi a terra con le gambe. Per quanto strano possa
sembrare, se li vedessimo ora, vedremmo un uomo correre
mentre sta seduto!
Verifica:
Pedali di bicicletta
verificate quanto avete imparato.
Perché un MANICO viene considerato una manovella?
.Qual è la relazione tra FORZA DI SOLLEVAMENTO e VELOCITA'?
What is TORQUE and how does it depend on Force and Radius?
05
wheelbarrow
Cos'è una CORONA?
pag
pag
06
mechanical science
camme
TM
Tipi di moto
Libretto di
&
manovelle
attività manuali
6. Nel caso 2, inserite l'asse medio nel secondo foro della manovella di emissione (indicata con il numero 2) e
girate la manovella di immissione.
Introduzione
L'uso di una manovella come manico, pur avendo
molte applicazioni, non sfrutta tutto il potenziale del
meccanismo. Quando una manovella viene connessa
ad altri elementi meccanici attraverso un'asta di
collegamento, può portare a nuove possibilità che
venivano per lo più sfruttate durante la Rivoluzione
Industriale, quando i motori a vapore erano il centro di
tutta la tecnologia! Abbastanza stranamente, anche la
pompa per l'estrazione del petrolio, che estrae dalle
profondità della terra il combustibile che alimenta
quasi tutto ciò che si muove oggi, si basa sul
meccanismo a manovella. Come? Costruiamo il
nostro prossimo modellino di pompa per l'estrazione
del petrolio e scopriamolo!
Esperimento 2: Pompa per
l’estrazione del petrolio
7. Nel caso 3, rimuovete l'asse medio e inseritelo nel terzo foro della manovella di emissione (indicata con il
numero 3) e seguite la stessa procedura dei casi 1 e 2.
Osservazioni e attività supplementari
1) Completate la seguente tabella con le vostre osservazioni e le vostre misurazioni per ogni caso:
Una pompa per l'estrazione
del petrolio
DISTANZA DEL
PISTONE A POMPA
FORZA
(difficoltà nella rotazione)
facile
Scoprite...
1. Osservate attentamente le istruzioni del Manuale di istruzioni per
costruire di Engino: CAMME e MANOVELLE a pagina 3-4 e costruite
un divertente modellino di pompa per l'estrazione del petrolio.
Caso
Posizione
del manico
difficile
la più
difficile
VELOCITA' DEL PISTONE
A POMPA
lento
veloce
il più
veloce
1
Come funzionano il meccanismo a
manovella e ad asta.
2. Giocate un po' con il vostro modellino, così da capire come funziona.
Girate la manovella e osservate cosa succede. [1]
2
3. In questo modellino, ci sono due manovelle, di immissione ed
emissione. Riuscite a riconoscerle e a scrivere i loro nomi nella
seguente figura? [2]name in the following picture? [2]
3
punto di misurazione del pistone
punto più alto
punto più basso
Un albero a gomiti per auto
2) Osservate attentamente la colonna della "Posizione del manico" e la colonna della "DISTANZA DELLA POMPA
A PISTONE" e annotate le vostre conclusioni sulla relazione tra la posizione del manico e la distanza che la
pompa a pistone percorre.
pistone a pompa
Modellino di pompa per
l'estrazione del petrolio Engino
4. Adesso preparatevi per delle misurazioni. Dovete misurare la
distanza percorsa dal pistone a pompa (simulata dall'asta
estendibile) in ogni caso. Cercate di sentire le forza applicata sulla
manovella di immissione e osservate la velocità del pistone a pompa.
1. Componenti Engino.
3) Ora, annotate le vostre conclusioni sulla relazione tra la difficoltà nel girare la manovella ("FORZA") e la
velocità della pompa a pistone.
2. Manuale di istruzioni per
costruire di Engino: CAMME e
MANOVELLE.
5. Nel caso 1, girate la manovella di immissione mentre l'asse
?inserito nel primo foro della manovella di emissione, come mostrato
nella figura (indicata con il numero 1)
2
07
Materiali necessari:
3
pag
1
pag
08
mechanical science
camme
TM
4) Se notate, il vostro modellino si muove con l'aiuto di carrucole e una cinghia di gomma. Sapete come funziona
una carrucola? Facciamo il prossimo esperimento e impariamo qualcosa su questo semplice meccanismo.
Estraete le due carrucole e unitele di nuovo come indicato nella figura qui sotto. Annotate cosa pensate della
velocità del pistone a pompa in ogni caso. Ricordate che dovreste provare ad assemblare le carrucole in modo
tale che la cinghia di gomma sia stretta abbastanza da trasferire il movimento. La carrucola di tensione è sempre
sull'asse connesso alla manovella di emissione.
Caso 1
CARRUCOLA DI
TENSIONE
(sulla manovella)
CARRUCOLA
DI GUIDA
piccola
grande
Caso 2
media
grande
Caso 3
grande
piccola
Caso 4
grande
media
VELOCITA' DEL
PISTONE A POMPA
veloce
lenta
il più lento
5) Osservate la riga del "VELOCITA' DEL PISTONE A POMPA" e annotate le vostre conclusioni riguardo la
velocità del pistone a pompa in ogni sistema a carrucola. Come possiamo aumentare la velocità di un dispositivo
che funziona con un sistema a due carrucole?
Quiz 2
Perché le manovelle sono così utili? annotate le due principali applicazioni di manovelle così come
abbiamo osservato fino ad ora. Riuscite a pensare ad un esempio di macchinari nella vita reale che
utilizzano le manovelle? (2 punti)
09 pag
&
manovelle
attività manuali
Area informativa
Meccanismi di Manovella e Asta
Nell'esperimento precedente, abbiamo imparato che la
manovella può essere utilizzata come un manico per
girare un macchinario. Invertiamo l'assetto! Immaginate
che la ruota sta girando da sola, messa in moto da un
motore, ad esempio. Quello che era un manico ora si
muove con movimento circolare. Cosa succede se
proviamo ad afferrare il manico mentre ruota? Il nostro
braccio sarà forzato a muoversi e quello che possiamo
osservare è una forza che ci tira e spinge. Dunque, forse
questo ha dato l'idea ai vecchi ingegneri di connettere
una estremità dell'asta con il manico e l'altra estremità
con le altre parti in movimento, cos?trasferendo
efficacemente l'energia dalla manovella. Infatti, questa
asta di connessione viene spesso chiamata "braccio" e
tramuta il movimento da rotatorio ad alternato (avanti e
indietro).
LO SAPEVATE?
il più veloce
Libretto di
Il Petrolio si è formato dai
resti di piccoli animali
(plankton) e piante, che
sono morte negli antichi
mari tra i 10 milioni e i 600
milioni di anni fa. Negli
anni, i resti si sono
decomposti e, senza
ossigeno, reazioni chimiche
hanno portato alla
formazione di petrolio
grezzo, che si chiama
greggio. i cinesi trivellavano
alla ricerca di petrolio già a
partire dal terzo secolo D.C.
e lo usavano come
combustibile per evaporare
l'acqua salmastra produrre
il sale. In Giappone era
conosciuto come "l'acqua
che brucia" dal VII secolo.
In Persia, l'odierno Iran, il
petrolio veniva trovato in
campi naturali senza
bisogno di trivellare.
Durante l'ottavo secolo
veniva usato come catrame
per pavimentare le strade e
già dal nono secolo veniva
distillato per ottenere altre
sostanze chimiche come
quelle per le lampade ad
olio.
La manovella Engino
la manovella ruota
asta di connessione
pistone a cilindro
asse di moto
lineare
il pistone si muove avanti e indietro
Diagramma dei meccanismi di manovella e asta con un pistone
Al giorno d'oggi, il petrolio non viene utilizzato solo come
combustibile, ma viene trattato per creare altri composti come asfalto
e persino la plastica! Sfortunatamente, nel modo in cui gli umani
consumano il petrolio nel mondo moderno, è stimato che le riserve di
petrolio non dureranno a lungo, e probabilmente saranno svuotate
entro il XXI secolo. In più la combustione di petrolio crea
inquinamento dell'aria e la perdita di petrolio in disastri ambientali.
Negli ultimi anni, le persone stanno diventando sempre di più
consapevoli del problema e cercano di sviluppare ed usar forme
alternative di energia, preferibilmente energie rinnovabili, come
l'energia solare e la forza eolica.
Generatore di energia
amico dell'ambiente
per tutte le condizioni
meteorologiche, che
combina energia solare
ed eolica.
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10
mechanical science
camme
TM
Libretto di
&
manovelle
attività manuali
Il moto lineare è un movimento di un
oggetto che segue il percorso di una
linea retta, ad esempio quello di un
pistone nel proprio cilindro.
Il moto oscillatorio è un movimento
che va avanti e indietro in un arco
circolare, ad esempio quello di
un'altalena.
Un treno a vapore
I tipi di moto che otteniamo con questi meccanismi possono essere
usati in così tante diverse applicazioni che è davvero sorprendente!
Osserva la figura che rappresenta la ruota di un treno con motore a
vapore. Come puoi vedere, la ruota che gira ha un'asta connessa fuori
dal centro, che mette in moto la ruota. Sorprendentemente, se fossimo
in grado di spingere e tirare un treno con una forza esterna, le ruote
inizierebbero a girare, la manovella ruoterebbe e l'asta di connessione
trasferirebbe il movimento al motore - al contrario! Questo è uno dei
maggiori vantaggi del meccanismo a manovella, che può funzionare in
entrambi i sensi e convertire o il movimento rotatorio in alternato
oppure alternato in rotatorio. Un altro grande vantaggio è che la
manovella riceve energia da entrambi i colpi verso l'alto e di ritorno.
Questo significa che non si deve fare affidamento sulla gravità che
potrebbe essere un problema per le camme, una macchina che
analizzeremo nel nostro prossimo esperimento. In più le manovelle
lavorano in tutte le direzioni, verticale, orizzontale o inclinata!
Tipi di moto:
Una ruota di un treno a
vapore con l'asta di
connessione, chiamata
anche "asta di
accoppiamento".
Una sega automatica
che si muove con una
manovella
Il moto rotatorio è un movimento che
avviene attorno ad un punto fisso (in
cerchio), ad esempio quello di un
mulino a vento.
11
Ci sono molti punti per
diverse applicazioni, ma
nessuno può essere
realizzato senza la parte
più importante di una
macchina da cucire: l'ago.
L'ago si muove su e giù
forando la stoffa e
passando il filo sotto di
essa dove un meccanismo
a cappio sotto il piano
afferra il cappio del filo
prima che l'ago spinga
verso l'alto e crei il punto.
L'ago compie questo
movimento con l'aiuto di un
meccanismo a manovella
che converte il moto
rotatorio del motore in
alternato, così senza la
manovella il cucito così
come lo conosciamo non
sarebbe mai stato possibile!
Infatti, la richiesta era così alta sia per il
consumo che per nuovi metodi che durante
gli anni '50 dell'Ottocento si scatenò un
ginepraio di brevetti, conosciuto come la
guerra della macchina da cucire. Sebbene
questa macchina sia molto elaborata
combina quasi tutti i tipi di meccanismi
come ingranaggi, leve, camme, manovelle
e giunti, il suo nucleo di funzionamento è il
meccanismo di punto automatico che è
incredibilmente semplice.
Un'antica macchina da cucire
Sfida a Costruire
Se siete curiosi di vedere come funziona
una macchina da cucire, provate a
costruire la vostra attraverso le seguenti
istruzioni alle pagine 5-7 del Manuale di
istruzioni per costruire di Engino: CAMME
e MANOVELLE e scopritelo! Se costruirete
questo modellino con successo,
guadagnerete 2 punti!
posizione fissa
manico per
regolazione manuale
manovella
Il moto alternato è un tipo di
movimento che va avanti e indietro su
una linea retta, come ad esempio
quello di una macchina da cucire.
pag
A swing moving in
oscillating motion.
Una delle più importanti macchine che siano mai state inventate era la macchina da cucire.
Senza di essa, il mondo sarebbe un posto diverso! La macchina da cucire trasforma qualcosa
di laborioso e che richiede molto tempo in qualcosa di veloce e semplice, specialmente da
quando è stata meccanizzata.
LO SAPEVATE?
Abbiamo definito la manovella come il meccanismo che converte il
movimento rotatorio in alternato. Per fare ciò un'asta di connessione
viene utilizzata in modo che funzioni da giunto. Puoi imparare ancora
di più sui collegamenti nel nostro set di Mechanical Science: "Giunti"
di Engino Education. Una panoramica dei tipi di movimento sarà utile
a capire meglio come funziona la manovella:
Un mulino a vento
che si muove con
movimento rotatorio.
Un piccolo pistone del
tipo pompa ad aria compressa
supporto dell'ago
Una macchina da cucire
in moto alternato
giunti
guida dell'ago
l'ago si muove su e giù
Un ago di una macchina
da cucire mosso con una
manovella
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mechanical science
camme
TM
Scintilla di accensione
Cos'è un albero a gomiti?
Il greggio pompato dai pozzi petroliferi viene trattato
per creare carburante, il maggiore combustibile che
viene usato nelle nostre auto. Ma come il combustibile
genera il moto?
Libretto di
&
manovelle
attività manuali
In quanti modi potete usare Engino per creare una manovella?
Come nel mondo reale, non tutte le manovelle sono uguali, alcune assomigliano più a ruote con una connessione
deviata, alcune sono solo aste collegate insieme. Con Engino ci sono molto modi per creare un meccanismo a
manovella. Vediamo come possiamo usare i pezzi Engino per costruire manovelle. Riuscite ad immaginare quale
metodo viene usato in ognuno dei modellini e perché?
Pistone
Cilindro
Albero a camme
Asta di connessione
Valvole
Pistone
Albero a gomiti
L'albero a gomiti connesso al pistone
che fa funzionare un motore di auto.
Se non fosse per la manovella, non avremmo auto o
probabilmente nessuna macchina che possa
convertire energia termica in cinetica! L'auto viene
alimentata da cilindri combustione. Il carburante viene
iniettato nei cilindri e la scintilla infiamma il carburante.
l'esplosione spinge i pistoni all'esterno con grande
forza. I pistoni vengono connessi attraverso le aste di
connessione all'albero a gomiti e la forza
dell'esplosione genera torsione che ruota l'albero che a
sua volta guida le ruote dell'auto.
What is a Flywheel?
With each explosion in the combustion chamber the
piston pushes the crankshaft to rotate. To complete a
full rotation without slowing down so that another cycle
of combustion is initiated, a special component is
needed. This is the Flywheel! The flywheel is a
metallic wheel with a large radius and a lot of dead
weight distributed around it’s circumference. This way
it has a very large inertia and once on the move it will
not stop easily, dragging along with its momentum the
shaft dampening the sudden push of the piston and
smoothing the rotational speed of the crank.
13 pag
Una sezione trasversale di un pistone
di un motore e della camera di combustione
Il movimento del pistone non ha velocità costante
dal momento che deriva dal percorso circolare
della manovella. Il pistone parte da una estremità
e aumenta la sua velocità. Raggiunge la velocità
massima a metà del suo percorso per poi
gradualmente rallentare fino a raggiungere la fine
del proprio percorso.
Un'asta viene assemblata su un'asse circolare e fissata in
sede dal distanziatore circolare grigio. Ogni lato dell'asse
centrale si connette ad un lungo pezzo grigio chiaro nel
foro verso una estremità. Nel foro opposto 2 assi
vengono connessi in fila formando l'albero principale.
Un albero a gomiti con 4 manovelle, 2 mediane
della stessa fase e 2 esterne sfasate a 180 gradi.
Un'asta viene connessa alla carrucola rossa e la
carrucola rossa al foro sfasato di questo pezzo
circolare grigio chiaro. Da notare che questo
pezzo si connette con i tasselli da un lato,
diversamente dal grande ingranaggio che si
connette da entrambi i lati. L'albero principale è
l'asse che si connette al foro centrale del pezzo.
Un'asta viene assemblata su un'asse centrale e
fissato in sede dal distanziatore circolare grigio.
Ogni lato dell'asse centrale si connette ad un foro
decentrato o della carrucola media oppure della
grande. Nel foro centrale delle carrucole, 2 assi
vengono connessi in linea formando l'albero
principale. La disposizione funzionerebbe anche
se l'asse centrale fosse posizionato nel foro
centrale della carrucola e gli assi dell'albero
principale nei fori decentrati.
Nel motore di un'auto, dove serve molta energia,
non basta un solo pistone. Come viene risolto
questo problema? Gli ingegneri hanno scoperto
che connettendo più di una manovella sullo
stesso asse, posizionandole ad ogni metà
rotazione (sfasati di 180 gradi si può ottenere una
rotazione facilitata con torsioni multiple, dato che
ogni pistone spinge la manovella per ogni mezzo
giro. Questo è quello che chiamiamo albero a
gomiti ed è la parte più essenziale di tutte le
macchine guidate da pistoni.
Volano
Una illustrazione di un motore a vapore
a due cilindri dove l'albero a gomiti è
connesso ad un volano che può
essere anche una carrucola che
trasmette la rotazione in altre posizioni.
Una carrucola rossa si unisce in linea con una lunga asta
alla posizione finale e poi assemblata verticalmente ad
un'asta più piccola. Quando una terza asta connessa
verticalmente a quella mediana viene connessa, può
comportarsi come albero principale.
Un'asta viene connessa alla carrucola
rossa, e la carrucola rossa al foro
sfasato di un grande ingranaggio (non
incluso in questo set). L'albero
pag
principale è l'asse che si connette al
foro centrale dell'ingranaggio.
14
mechanical science
camme
TM
Una panoramica delle Carrucole
Tipi di carrucole:Le carrucole possono essere
Nel modellino della pompa per l'estrazione del
petrolio, abbiamo usato le carrucole per trasferire il
moto. Certamente, dopo che avrete condotto il
secondo esperimento, capirete che le carrucole
possono fare molto più di questo! Allora, cosa
possiamo fare con le carrucole?
unite da una cinghia o da nastro di gomma come nel
caso del nostro modellino, ma possono essere anche
usate individualmente con un pezzo di spago o corda.
Essi ci aiutano a sollevare facilmente pesi dal
momento che noi applichiamo la forza in diverse
direzioni, per esempio tirare verso il basso per alzare
un peso, come potete vedere nella figura a destra. Le
carrucole vengono distinte in due tipi: la carrucola
fissa e la carrucola mobile, la seconda ha il vantaggio
di darci la possibilità di sollevare il doppio del peso
con la stessa forza. L'abilità delle carrucole, come
quella di tutte le macchine semplici per aumentare la
forza, viene chiamata Vantaggio Meccanico.
Comunque, non c'è mai un guadagno con una
perdita, quindi guadagniamo in forza e perdiamo in
distanza, il che significa che dobbiamo tirare due
volte più forte la corda per alzare lo stesso peso. Le
combinazioni di carrucole fisse e mobili possono
aumentare enormemente la nostra forza, e queste
vengono chiamate carrucole composte.
sforzo
sforzo
carico
carico
Carrucola fissa
Carrucola mobile
Cambio di velocità:
Un utilizzo molto più diffuso delle carrucole è quando
due di esse sono connesse da una cinghia di
trasmissione così che una carrucola azioni l'altra. In
questo modo, possiamo trasferire il moto rotatorio in
un punto distante senza significativa perdita di
energia. La carrucola che dà l'energia di immissione è
detta carrucola di guida, e quella di emissione
carrucola di tensione. Possiamo controllare la velocità
di emissione cambiando il diametro delle carrucole.
Per esempio, quando la carrucola di guida è più
piccola rispetto a quella di tensione, abbiamo una
diminuzione della velocità. Analogamente, quando la
carrucola di guida è più grande rispetto a quella di
tensione, abbiamo una crescita di velocità. Come nel
caso delle carrucole mobili e composte, non c'è
nessun guadagno dal nulla, perciò quando la velocità
di emissione viene incrementata, la forza di
emissione decresce conseguentemente e viceversa.
Carrucola di guida
(immissione)
Carrucola di tensione
(emissione)
Robot di stagno a corda
Nei tempi antichi, gli umani avevano la necessità di creare
la vita essi stessi, e iniziarono a costruire marionette e
bambole per l'intrattenimento e per raccontare storie. Gli
inventori del tempo volevano che le loro figure si
muovessero da sole e che fossero automatiche. Gli
artigiani in Egitto, in Grecia e a Roma iniziarono a creare
figure in movimento di legno, mosse manualmente da
sistemi nascosti che consistevano in camme e manovelle
che davano una sensazione di magia! Questi dispositivi
venivano chiamati automi. Gli automi vengono creati
ancora oggi, la maggior parte come giocattoli a corda e
sorprendono i bambini con la loro ingegnosità. La maggior
parte dei giocattoli automa utilizzano le camme per
muoversi. Ma, cos'è una camma e come può far sì che
una figura a giocattolo si muova? Se volete saperne di più
sulle camme, conducete il seguente divertente
esperimento e costruite la vostra figura in movimento!
Scoprite...
Cambiare la direzione del moto:Grazie alla
15 pag
verificate quanto
avete imparato.
Cos'è il meccanismo di MANOVELLA e ASTA e
cosa fa?
Quali sono i TIPI DI MOTO?
Cos'è un ALBERO A GOMITI e come viene usato?
wheelbarrow
What are CARRUCOLE and what do they achieve?
1. Seguite attentamente il Manuale di istruzioni per costruire di
Engino: CAMME e MANOVELLE alle pagine 8-10, per costruire
un divertente modellino di figura in movimento con le camme.
3. Come avete già notato, quando girate la manovella, la vostra
figura si muove. Riuscite a riconoscere il tipo di moto di
immissione (moto della manovella) e moto di emissione (moto
della figura)? Con una freccia, indicate la direzione del moto di
immissione ed emissione sulla figura alla pagina successiva.
Provate a completare i riquadri con il nome corretto di ogni tipo di
moto.
flessibilità della cinghia di trasmissione, le carrucole
sono ideali per cambiare la direzione dell'asse. Nella
figura sotto, possiamo vedere un cambiamento di 90
gradi anche se le carrucole possono essere usate per
ogni angolo, senza influenzare la loro performance,
cosa che non si può ottenere con una catena di
trasmissione.
Verifica:
Esperimento 3: Figura in movimento
con le camme
2. Giocate un po' con il vostro modellino per capire come
funziona. Girate la manovella e osservate cosa succede. Le
carrucole erano assemblate nel foro centrale? Perché? [1]
Modellino di figura in
movimento Engino
con Camme
Se volete imparare di più su questa macchina
incredibilmente semplice, potete fare esperimenti con
il set di Mechanical Science: "Carrucole" di Engino
Education. Se combinate questo set con quello delle
carrucole, potete costruire anche uno straordinario
montacarichi full-optional che si adatta alla porta della
vostra stanza e può aumentare la vostra forza fino a 6
manovelle
Introduzione
Come creare una divertente figura
in movimento usando le camme.
Un cambio di direzione
&
attività manuali
Cos'è una camma in sostanza?
Un sistema a carrucola
Il modellino della combinazione
del montacarichi per porte
Libretto di
Materiali necessari:
1. Componenti Engino.
2. Manuale di istruzioni per
costruire di Engino: CAMME e
MANOVELLE.
4. Rimuovete la carrucola media dall'asse nero e riassemblatela
con l'asse nero passando attraverso il foro nel centro. Cosa
potete osservare? Nell'area delle osservazioni, nella domanda 2,
annotate e spiegate le vostre conclusioni.
5. Rimuovete di nuovo la carrucola media dall'asse nero e
sostituitela con la carrucola grande. Questa carrucola grande può
essere usata successivamente se vi va, come la testa della tua
figura! Inserite l'asse in uno dei quattro fori attorno al suo centro.
Cosa potete notare?
6. Provate a montare le due carrucole come
mostrato nella figura a destra. Guardate
attentamente questa disposizione delle
carrucole. Cosa vi ricorda questa forma? [2]
7. Mettete questo montaggio nella posizione
appropriata inserendo l'asse nero nel foro
centrale della carrucola, come mostrato nel
manuale delle istruzioni, a pagina 11, step 14.
Girate la manovella e osservate cosa succede.
Cam assembly
of step 14
pag
16