parte A

costruire una gru a leva
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.
sulle leve
Archimede Una volta disse:
"Datemi un punto
d'appoggio, e solleverò la
terra", spiegando in questo
modo particolare il
principio delle leve. Quanto
è vera la sua massima?
Le leve sono forse il primo
strumento usato dall'uomo
per muovere grandi oggetti
e sono stati usati da allora
in una varietà di
applicazioni moderne.
Quasi ogni macchina
semplice o complessa ne
contiene una! Entrate in
questo affascinante mondo
delle leve, ed esplorate la
magia di Mechanical
Science!
Create un grande modellino di gru a leva ed
imparate come viene usata per sollevare
pesanti oggetti, senza ribaltarsi. Paragonate il
modellino ad una gru reale e informatevi sulle
leve di primo genere.
Come sollevare oggetti pesanti.
Cos'è una leva di primo genere.
costruire una bilancia
pesalettere
Costruite un modellino unico di bilancia
pesalettere e imparate come oggetti leggeri,
come buste da lettere e carta, vengono
pesati. Fate gli esperimenti, e scoprite da soli
le ragioni per le quali una bilancia potrebbe a
volte produrre indicazioni errate.
mechanical science
TM
leve
Imparate come vengono usate le Leve per aumentare la forza e sollevare oggetti pesanti, e
come l'uso delle leve può cambiare la direzione del moto. Costruite 7 modellini funzionanti,
fra cui una sbarra per parcheggi, un'altalena a bilico, 2 tipi di bilance e una carriola. 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 pesare oggetti leggeri.
Quali sono le ragioni degli errori di pesatura.
costruire un' altalena a bilico
Questo affascinante modellino di altalena a
bilico vi aiuterà a scoprire come funzionano
davvero le leve. Informatevi sul principio di
equilibrio di coppia e su come viene usato per
guadagnare vantaggio meccanico. E' possibile
per un bambino piccolo sollevare un adulto
molto più pesante?
Come funziona davvero ogni genere di leva
Quali sono i principi delle leve.
Costruire una carriola
Giocate con questo meraviglioso modellino di
carriola e imparate come viene usata per
trasportare carichi pesanti, usando gli
elementi delle leve: fulcro, sforzo e carico,
scoprendo le proprietà delle leve di secondo
genere.
Come trasportare carichi pesanti.
Come trasportare carichi pesanti.
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libretto di attività manuali
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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
attività manuali
Cosa impareremo?
Incontrate i vostri compagni di viaggio e intraprendete un fantastico viaggio nel
sorprendente mondo di una delle macchine più utilizzate!
Breve storia delle leve
Leggete l'interessante sfondo storico delle Leve, dai tempi antichi fino agli anni recenti.
Cos'è una leva, in sostanza?
Costruite e fate esperimenti con un divertente modellino di "altalena a bilico", per scoprire
cosa sia in realtà una Leva e quali sono i suoi principi basilari.
First-class lever
Create il vostro dispositivo per misurare il peso con un affascinante modellino di "bilancia
mobile" e fate esperimenti con le qualità di una leva di primo genere.
Costruite un modellino di "gru a leva" per sollevare carichi pesanti.
Costruite un modellino di "bilancia pesalettere" e imparate come viene misurato il peso di
oggetti leggeri.
Leve di secondo genere
Qui troverete un utile dispositivo di trasporto per gli oggetti della vostra scrivania,
costruendo un modellino unico di "carriola"; inoltre, informandovi sulle leve di secono
genere!Quando avrete finito, rilassatevi con il modellino di "altalena" di Engino!
Leve di terzo genere
Costruite un grandioso modellino di "sbarra di parcheggi" per le vostre auto in miniatura, e
informatevi sulla teoria che sta dietro alle leve di terzo genere.
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
Read the comments for each experiment and see if you got your answers right!
Premi
It’s time to get your awards for all the hard effort you put in solving the quiz time
exercises and receive your rank degree as a Mechanical Scientist, in the Lever’s
Department!
contenuti
leve
mechanical science
TM
Ciao! Mi chiamo
Archimede e sarò la
vostra guida in
questa emozionante
avventura alla
scoperta delle
meraviglie della
Meccanica!
Come ti chiami?
attività manuali
Cosa impareremo?
Breve storia delle leve
Immagino sarete già stati al parco giochi con i vostri
amici a giocare sull'altalena a bilico! Vi siete mai fermati
a pensare come il vostro giovane e magro piccolo amico
riuscisse a sollevare il bambino più pesante del gruppo,
senza una goccia di sudore? E nei momenti in cui hai
aiutato tuo padre nelle faccende in giardino?
Non ti è mai passato per la testa che con l'aiuto di un
semplice dispositivo, come una carriola, saresti capace
di trasportare pesanti carichi, quasi fossi iscritto in
palestra da anni!
Nell'era preistorica, le leve probabilmente
furono il primo strumento usato dagli
uomini per muovere grandi oggetti, come
grandi pietre, alberi, ecc. Le leve
vengono descritte
per la prima volta attorno al 260 A.C. dal
matematico greco Archimede. Pappo di
Alessandria afferma che Archimede (287212 A.C.) pronunciò la frase a sinistra,
esprimendo il principio che descrive la
funzionalità delle leve:
Questo libretto di Mechanical Science: LEVE di Engino
Education contiene istruzioni illustrate passo a passo
che vi permettono di imparare autonomamente, con
esperimenti manuali ed esercizi, tutto sulle leve e su
come sono usate nella vita quotidiana.Con i mattoncini
Engino potrete costruire 7 eccitanti modelli per condurre
i vostri esperimenti: l'altalena a bilico, due tipi di bilance
per la misurazione del peso, la gru a leva, l'altalena, la
carriola e la sbarra di parcheggio.
Il libretto contiene anche informazioni interessanti sul
mondo delle leve, 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 "Engenio". Le soluzioni si trovano alle pagine 26-31.
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?"
Libretto di
Matthew è il
signor So-TuttoIo. Ci fornirà tutte
le teorie e le
informazioni
necessarie nella
sezione "Area
informativa".
Parco giochi per bambini
Jennifer è la nostra
più grande
scienziata! Ci farà da
guida in ogni nostro
"Esperimento”
oggio
di app
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“Date solleverò
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LO SAPEVATE?
Durante la costruzione della
grande piramide di Giza
(2500 A.C. circa), i
costruttori usavano "pietre
di rivestimento" (blocchi
tagliati di calcare) che
pesavano 2.5 tonnellate
ognuna. Perché questi
blocchi giganti venissero
spostati, siccome non
c'erano gru, gli strumenti e i
metodi antichi che venivano
usati erano: rampe, piani
inclinati, barche, funi e
ovviamente leve. Lo storico
dell'antica Grecia Erodoto
affermò che più di 100.000
persone (schiavi)
lavorarono alla costruzione
delle piramidi, per più di 20
anni.
Anche gli antichi Egizi usavano le
leve in molti modi: per trasportare
l'acqua dai fiumi, oppure per
costruire le loro piramidi.
Anche la catapulta usata nei tempi
antichi durante la guerra era una
leva, inventata dai Greci e
perfezionata dai Romani.
Fondamentalmente, era una
pesante arma meccanica usata per
lanciare frecce, giavellotti, palle di
pietra o di ferro e materiali
infiammabili, per distanze fino a
800m. C'erano due tipi di catapulta:
catapulte d'assedio di grandi
dimensioni e catapulte portatili di
piccole dimensioni.
Antiche catapulte
Al giorno d'oggi, usiamo le leve
abbastanza spesso in
combinazione con altri tipi di
macchine semplici, che rendono la
nostra vita molto più facile. Da
macchine complesse come le gru e
le auto, fino ai dispositive più
semplici, come le forbici e I taglia
unghie, quasi tutto funziona sul
principio delle leve e voi state per
esplorarlo qui di seguito!!
Uso di una leva su un aereo
Andrew è una
persona altruista
e curiosa. Farà
delle domande
per assicurarsi
che abbiate
capito bene ogni
esperimento
nella sezione
"Osservazioni".
01 pag
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.
Piramidi in Egitto
pag
02
leve
mechanical science
TM
Libretto di
attività manuali
Cos'è una leva in sostanza?
1.
Introduzione
Probabilmente avete aperto o chiuso una comune porta che
ruota attorno ai suoi cardini, vero? E lo avete fatto
spingendo la porta, dal lato del pomello, che si trova sempre
all'estremità della porta. Ma perché?Perché il pomello non
potrebbe essere nel mezzo o all'altra estremità della
porta?!? Per la vostra prima ricerca sperimentale, dovreste
provare a trovare una porta che ruoti e verificarlo di
persona. Spingete delicatamente la porta dal lato del
pomello con le vostre dita
e sentite quanto sforzo impiegate nel farlo.
Successivamente, spostate le vostre dita nel mezzo della
porta e spingete di nuovo. Cosa potete dire dello sforzo
ora? Spostate le vostre dita ancora una volta fino a
raggiungere l'altra estremità e provate ad aprire di nuovo la
porta. Lo riuscite a fare…?
Esperimento 1:Altalena a bilico
Procedura:
Prima di iniziare, ricordate che potete trovare commenti
(segnati con numeri tra parentesi) per ogni passo
dell'esperimento alla fine di questo libretto. Potete anche
scrivere le vostre risposte negli appositi spazi.
Ruote necessarie:
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“Give will move
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Angela sta aprendo una porta
con I cardini, che funzionano
come leve.
2.
24 unità
Ruote necessarie:
Scoprite...
Cosa dovrebbero fare Andrew e la
sua sorellina
Debby per mettere
in equilibrio
l'altalena
a bilico.
1. Osservate attentamente le istruzioni che troverete
nel Manuale di istruzioni per costruire di Engino: LEVE
alle pagine 1-2, per costruire un modellino di altalena a
bilico. Se lo costruite correttamente, potrà stare in
equilibrio!
12 unità
3.
Ruote necessarie:
2. Ora, rimuovete una ruota da un lato dell'altalena e
vedete cosa succede. (1)
3. Provate ad usare le vostre mani per ristabilire di nuovo
l'equilibrio. Su quale lato dell'altalena a bilico dovrete applicare il
vostro sforzo? Se trovate il lato corretto, innanzitutto mettete il
vostro dito sull'estremità finché l'altalena sia in equilibrio. Poi
spostate il vostro dito lentamente verso il centro, provando diverse
distanze dal centro. Riuscite a sentire dove è necessario più
sforzo? (2)
4. Lasciando solamente una ruota sul lato sinistro dell'altalena a
bilico, prendete le ruote rimanenti dalla scatola e provate a
scoprire di quante ruote sono necessarie sul lato destro perché
l'altalena a bilico sia in equilibrio. Alla pagina successiva, potrete
provare 4 possibili disposizioni. Potete anche scrivere le vostre
risposte negli appositi spazi. Provate a mettere in equilibrio
l'altalena a bilico in ogni esperimento ammucchiando le ruote
connesse con le "carrucole" rosse nelle posizioni indicate.
Annotate la quantità delle ruote richieste per mettere in equilibrio
l'altalena a bilico in ogni caso. La distanza dal centro dove dovete
posizionare le ruote è di: 24, 12, 8 e 6.24, 12, 8 and 6.
03 pag
8 unità
Un ragazzo si diverte con
un'altalena a bilico.
Materiali necessari:
4.
Ruote necessarie:
1. Componenti Engino.
2. Manuale di istruzioni per
costruire di Engino: LEVE.
6 unità
pag
Engino “altalena a bilico”
04
leve
mechanical science
TM
Osservazioni
Area informativa
1) Completate la seguente tabella secondo le misurazioni precedenti.
Definizione di leva:
Lato sinistro
Prova
Lato destro
Numero di
ruote
1
Numero di
ruote
1
Distanza dal
centro
24
2
1
24
12
3
1
24
8
4
1
24
6
Distanza dal
centro
24
2) Controllate le risposte alle ultime pagine del libretto per vedere se sono giuste. Ora, facciamo un po' di
matematica: prima di tutto, per il lato sinistro, moltiplicate il numero delle ruote necessarie per la distanza dal
centro, per ogni prova. Quali risultati avete ottenuto? Sono sempre gli stessi?
..............................................................................
Libretto di
attività manuali
Una leva è una barra rigida (o asta) imperniata su un asse fisso chiamato fulcro. Date
un'occhiata ad Archimede nella figura alla fine della pagina. Sta posizionando una tavola di
legno sotto un masso, per muovere un altro oggetto. Questo è infatti il modo di creare una
leva! Nel nostro esempio, il masso piccolo viene chiamato fulcro (o perno), l'oggetto grande
che stiamo cercando di spostare viene chiamato carico, mentre la forza che applichiamo
per muovere l'oggetto viene chiamato sforzo. La distanza tra il fulcro e il punto in cui lo
sforzo viene applicato viene chiamata braccio di sforzo, e la distanza tra il fulcro e il carico
viene chiamata braccio di carico. Un po' di confusione? Osservate la figura qui sotto e sono
sicuro che capirete cosa voglio dire.
Generi di leve:
Sforzo
Carico
Braccio di
sforzo
Braccio
di carico
Fulcro
Elementi di una leva
..............................................................................
Ci sono tre generi di leve e ogni genere dipende
dalla posizione dello sforzo (la forza che applichiamo),
dalla posizione del fulcro e dalla posizione del carico. Stiamo
per fare degli esperimenti con ognuno nelle pagine successive.
Una serie di leve (Giunti):
Un giunto è la combinazione di due o più leve dallo stesso o di
diversi generi, che sono connessi insieme (giunti) per creare un
meccanismo. Questo meccanismo può essere usato per trasferire la
forza o il moto. Potete scoprire i segreti dei giunti e fare esperimenti
con essi nella nostra confezione di Mechanical Science: GIUNTI, di
Engino Education.
..............................................................................
Leve doppie:
3) Fate lo stesso per ogni lato, ossia moltiplicate il numero delle ruote che avete trovato per la distanza dal
centro, per ogni prova. Quali sono i risultati? Sono sempre gli stessi? Sono gli stessi del lato sinistro?
..............................................................................
..............................................................................
..............................................................................
4) Quale conclusione può essere tratta dalle vostre osservazioni sopra, sul lato sinistro e sul lato destro?
Due leve possono essere unite insieme e creare una leva doppia. Le
forbici e lo schiaccianoci sono esempi di queste leve. Le braccia delle due
leve sono unite insieme da una giuntura che permette alle braccia di
ruotare. In altre parole, una leva doppia viene considerata una forma
semplice di giunto.
Esempi di
leve doppie
Momento:
Ora che sappiamo cos'è una leva, vediamo come funziona esattamente. Quando applichiamo una forza su una
leva lontano dal fulcro, otteniamo un effetto rotante che viene chiamato momento (M). Questo effetto rotante
dipende sia dalla forza (F) applicata sulla Leva e sia dalla distanza (S) tra questa forza e il fulcro. Questo viene
espresso matematicamente dalla formula qui sotto.
..............................................................................
..............................................................................
M=FxS
..............................................................................
Formula del momento (M)
“Momento” è un sinonimo di
“torsione”, che è un concetto
fondamentale in Fisica ed
Ingegneria. Nonostante
entrambi i termini traducano lo
stesso effetto rotatorio, gli
ingegneri usano i termini in
base all'applicazione specifica.
Per esempio “torsione” viene
solitamente usato per
descrivere una forza rotatoria
come quella di quando si gira
un cacciavite, mentre
“momento” viene usato più
spesso per descrivere la forza
di flessione su una trave.
Quiz 1
Cosa dovrebbero fare Andrew e la sua sorellina per equilibrare
l'altalena a bilico? (2 punti)
.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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06
leve
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S1
S2
F1
F2
Sia lo sforzo che il carico sono forze applicate su una leva.
Perciò abbiamo due momenti. Applicando questo principio alla
figura a sinistra abbiamo: (a) il momento antiorario causato
dallo sforzo e il momento orario causato dal carico. Quando la
leva è in equilibrio (il che significa che non si muove), il
momento orario è uguale alla torsione antioraria(M1 = M2).
Combinando ciò con la formula per il momento menzionata
precedentemente, si finisce con la formula a sinistra. Questa
formula esprime il principio base delle leve e viene chiamata
equilibrio di momenti.
S1
S2
Quando una leva è in equilibrio, il
momento in senso antiorario (verso
sinistra, F1 x S1) è uguale al momento in
senso orario (verso destra, F2 x S2).
Equilibrio di momenti: il
momento verso sinistra è
uguale al momento verso
destra
Introduzione
F2
F1
Ecco un buon esempio di come funziona un equilibrio di
momenti (F1xS1=F2xS2). Andrew (che applica la forza F1) è
più pesante della sorellina Debby (F2). Per raggiungere
l'equilibrio, lui si siede all'estremità dell'altalena a bilico ad una
distanza maggiore S2.
attività manuali
Leve di primo genere
Una bilancia per il
peso a barre in
equilibrio del dottore.
F1 x S1 = F2 x S2
Libretto di
Scommetto che siete stati tutti dal dottore per un
controllo generale! Prima che il dottore inizi la
procedura abituale "apri la bocca e dici: aaa!!"
oppure vi chieda di tossire molte volte mentre poggia
un dispositivo per l'ascolto freddo e metallico sul
vostro petto, un'infermiera misura la vostra
altezza e il vostro peso. E' abbastanza ovvio come
misuri la vostra altezza: dovete solamente stare in
piedi accanto ad un lungo righello sul muro e lei
legge il numero che la vostra testa raggiunge.
Ora, il vostro peso.... Ricordate di essere saliti su uno
strano apparecchio con barre mobili e alcuni strani
numeri scritti su di esse? Cosa pensate che sia
quell'apparecchio e come funziona esattamente?
State per scoprirlo conducendo il seguente
esperimento con la mia amica Jennifer.
Scoprite...
Esperimento 2: Bilancia a peso mobile
Come funziona una bilancia a barra
di equilibrio.
Procedura:
1. Seguite attentamente le istruzioni che trovate nel
manual di istruzioni per costruire: LEVE di Engino alle
pagine 3 e 4, per costruire un modellino di bilancia a
peso mobile.
Vantaggio Meccanico (V.M.):
Le leve appartengono alla categoria delle macchine semplici, che vengono definite
come i meccanismi più semplici, che hanno l'abilità di moltiplicare la forza che
applichiamo. L'abilità di una macchina semplice di emettere una forza molto più grande
rispetto a quella che immettiamo viene chiamata vantaggio meccanico (V.M). Esso si
calcola dividendo il valore del carico per il valore dello sforzo, ed è misurato in numeri
puri. Tradizionalmente, gli scienziati hanno riconosciuto sei macchine semplici, leve,
ruote & assi, carrucole, piani inclinati, e viti. Potete leggere e fare e sperimenti e molto
altro ancora con tutte queste macchine nelle nostre divertenti serie di Mechanical
Science di Engino Education.
V.M.=
Carico
Sforzo
Formula per il
vantaggio meccanico
(V.M.).
Rapporto di velocità (R.V.):Le leve rendono la nostra vita molto più
semplice, cambiando il modo in cui lavoriamo. Nello specifico, le leve riducono
di molto la quantità di sforzo di cui abbiamo bisogno per muovere un carico o
Distanza
per completare un compito difficile. Questo potrebbe indurci a credere che
guadagniamo dal nulla. Se solo potesse essere vero! Sfortunatamente non lo
dello sforzo
è, dal momento che, come dicono gli atleti “senza sofferenza, non si ottiene
R.V.=
nulla”! Se ci pensiamo attentamente, capiremo che, sebbene una leva possa
Distanza del carico
ridurre lo sforzo applicato, allo stesso tempo essa aumenta la distanza a noi
necessaria per applicare lo sforzo. Questa distanza è maggiore rispetto alla
Formula per il rapporto di
distanza percorsa dal carico. Se paragoniamo le due distanze, avremo il
velocità (R.V.).
rapporto di velocità (R.V.). In parole povere, la formula del R.V. afferma che
per sollevare un carico due volte più grande rispetto allo sforzo applicato, lo
sforzo deve coprire una distanza 2 volte maggiore rispetto a quella del carico.
Verifica:
2. Provate a mettere in equilibrio il modellino con
l'aiuto del pezzo mobile (ossia il pezzo che contiene una
ruota) e contate la distanza dal fulcro in quadratini,
partendo dal pezzo blu vicino al fulcro. Quanti
quadratini è quella distanza e come viene chiamata
quella distanza? (1)
Verificate quanto avete imparato.
Cos'è una LEVA e quali sono le sue COMPONENTI PRINCIPALI?
Una bilancia a barra di equilibrio
Materiali necessari:
1. Componenti Engino.
2. Manuale di istruzioni per
costruire di Engino: LEVE
3. Fagioli, sassi o qualsiasi
altro piccolo oggetto.
3. Ora, avremo bisogno di alcuni piccoli oggetti da
mettere sul piatto della bilancia (o piatto di pesata). Essi
potrebbero essere: sassi, fagioli, gomme da
cancellare o anche altri pezzi Engino che sono inclusi
nel vostro set. Mettete 3 o 4 di questi oggetti sulla
bilancia e osservate cosa succede.
4. Avrete probabilmente notato che l'equilibio viene
perso e la bilancia si piega dal lato del piatto. Ristabilite
di nuovo l'equilibrio muovendo il peso mobile. La
distanza del peso mobile è più grande rispetto a prima?
(2)
5. Mettete altri oggetti sulla base di carico, finchè non
sia completamente caricata e cercate di Nuovo di
mettere in equilibrio la barra. È
possibile farlo? Perché succede
ciò? (3)
Cos'è un MOMENTO e come lo calcoliamo?
07
Cosa significa EQUILIBRIO DI MOMENTI?
pag
Cos'è il VANTAGGIO MECCANICO di una macchina semplice e come lo calcoliamo?
Modellino Engino
“bilancia con peso mobile”
pag
08
mechanical science
TM
leve
Osservazioni
Area informativa
1) Guardate la vostra “bilancia a peso mobile” di Engino e riempite i riquadri con queste
parole: carico, sforzo, fulcro.
Leve di primo genere:
Libretto di
attività manuali
Questo è il tipo di leva più comune e semplice, nel quale il punto di sostegno si trova
tra le due estermità. Il fulcro viene posizionato nel mezzo, mentre lo sforzo di
immissione è su un braccio e il carico di emissione è sull'altro. Potete vedere tutti
questi elementi nella figura qui sotto. Il vantaggio meccanico della leva dipende dalla
distanza sia del carico dal fulcro, sia dello sforzo dal centro dall'altro lato (braccio di
carico e braccio di sforzo). Più vicino mettiamo il carico dal fulcro, o più lontano dal
fulcro applichiamo il nostro sforzo, maggiore è il vantaggio meccanico guadagnato.
Carico
Sforzo
Fulcro
Diagramma di una leva di primo
genere: il fulcro è posizionato in
mezzo, mentre il carico e lo
sforzo vengono posizionati alle
due estremità.
Punto di partenza (zero)
2) Quali dei tre component (carico, fulcro, sforzo) delle leve qui sopra viene posizionato tra gli altri due?
..............................................................................
..............................................................................
Quiz 2
Come funziona una bilancia a barra in equilibrio ? (2 punti)
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Misurazione
Come creare una bilancia per la misurazione
del peso:
Potete creare la vostra bilancia abbastanza precisa con il
nostro modellino di Engino! Innanzitutto, mettete in equilibrio la
barra senza mettere su nessun peso. Essa dovrebbe essere
circa 9 quadratini dal fulcro e quella posizione sarà il vostro
punto di partenza (zero).
Poi, avrete bisogno di un piccolo oggetto del quale sappiate
che il peso è ad esempio di 100g. Posizionatelo sulla base di
carico e contate i quadratini di cui avete bisogno per mettere in
equilibrio la barra, ad esempio due quadratini in più dopo il
punto di partenza. Attaccate un pezzo di carta sulla vostra
bilancia, e fate un segno nel punto del vostro peso di
riferimento.
Righello
Create la vostra bilancia di precisione con
il vostro modellino di Engino!
Poi, create un righello dividendo il vostro pezzo di carta in parti spazi uguali, segnando ogni lunghezza secondo
la vostra misurazione precedente. Nel nostro esempio, il primo quadratino dalla posizione di partenza sarebbe
100g, il secondo 200g, il terzo 300g, e così via. Potete così dividere questi spazi in distanze ancora minori, per
maggiore precisione.
Quando riuscirete a creare il vostro righello di misurazione, allora tutto sarà più semplice. Ogni volta che mettete
sopra un peso sconosciuto, metterete in equilibrio la bilancia con il pezzo mobile e leggerete l'indicazione del
vostro righello. Ed ecco il peso del vostro oggetto!
Esempi di leve di primo genere:
Nelle immagini seguenti potete vedere alcuni esempi di leve di primo genere. Osservate le immagini e
cercate di riconoscere dove il peso, il carico e il fulcro vengono applicati in ogni caso.
Forbici (doppia)
Pinze(doppia)
Martello
09 pag
pag
10
leve
mechanical science
TM
attività manuali
Bilancia pesalettere:
Gru a leva:
Una bilancia pesalettere è un dispositivo di misurazione del peso usato per
pesare oggetti relativamente leggeri. Questo tipo di bilancia è progettata
per essere molto precisa, dal momento che è capace di misurare il minimo
cambiamento nel peso di un oggetto. Per questa ragione, la bilancia
pesalettere viene usata principalmente negli uffici postali per misurare il
peso di buste da lettere, piccoli pacchi e altri oggetti.
A lever crane is a lifting device that is used mainly in ports for long shoring or
in construction sites for moving large and heavy objects. Cranes have a
weight on one side, called counterweight, that helps the crane to balance
when lifting heavy objects, so that it doesn't tip over.
Seguite le istruzioni a pagina 7-8 del manuale di istruzioni per costruire di
Engino: LEVE per costruire il modellino di una gru a leva. Giocate un po'
con il modellino per capire come funziona. Come potete osservare, la gru
può trasportare vari pesi usando il principio della leva. Il fulcro viene
posizionato sulle due “carrucole” rosse e il carico viene avvolto attorno alla
corda all'estremità della gru. Lo sforzo viene applicato sull'altra estremità
della gru (nel nostro caso usiamo la mano). Quali altre osservazioni potete
fare sul movimento del braccio della gru?
Creiamo la nostra bilancia pesalettere con i componenti Engino! Seguite le
indicazioni che troverete nel manuale di istruzioni Engino per costruire:
LEVE alle pagine 5-6 e costruite il modellino.
Modellino di “bilancia
pesalettere” di Engino
Libretto di
Sicuramente avete notato le sei "carrucole" rosse che permettono alla
bilancia di muoversi. Queste vengono chiamate giunture, e insieme alle
aste, creano un giunto. Potete imparare e fare esperimenti con i giunti nella
nostra confezione di Mechanical Science: Giunti di Engino Education. Nella
stessa confezione, troverete un altro affascinante modellino di bilancia
parallela che utilizza il principio delle leve per funzionare.
7
Lo sforzo è il peso che mettiamo sulla ruota che si comporta come base
di carico (premendo verso il basso), e la componente blu a forma di
"freccia" è il carico (che si muove verso l'alto). Mettete del peso sul
piatto della bilancia, come piccoli sassi, fagioli, o anche altri componenti
di Engino che avete nel vostro set e osservate cosa succede.
Dovreste notare che gli oggetti che avete messo su costringono il
pezzo a forma di "freccia" a muoversi verso l'alto. Ma come questo ci
aiuta a misurare il peso? Immaginate di avere un pezzo di carta
circolare dietro la "freccia" (guardate l'immagine alla vostra destra) che
ci mostra quanta distanza abbia coperto la “freccia". Quando la bilancia
è in equilibrio, l'indicazione è in posizione zero. Quando viene aggiunto
più peso, la "freccia" si muove verso un altro numero, e questa è
l'indicazione del peso.
A lever crane
6
LO SAPEVATE?
5
4
3
2
1
0
Esempio di come una bilancia
pesalettere possa essere usata
per misurare il peso
Ragioni degli errori nelle balance di precisione:
Togliete il peso dal vostro modellino di bilancia pesalettere. Cosa
osservate? Giusto! La bilancia non è ritornata alla sua posizione
originale, non è in equilibrio come dovrebbe. Questo è causato
dall'attrito tra i diversi pezzi del modellino, specialmente i giunti, i quali
la ostacolano nel raggiungere l'equilibrio. Questa è la ragione principale
per la quale alcune bilance potrebbero non funzionare propriamente e
mostrare indicazioni sbagliate. Anche altre ragioni potrebbero
cotribuire, come:
Anche l'aria dell'oggetto viene pesata;
La temperature causa dilatazione o contrazione termica dei materiali;
Una bilancia pesalettere
Gli antichi Egizi, migliaia di
anni fa, usavano una
versione innovativa di una
gru a leva per trasportare
l'acqua dai fiumi ai loro
canali. Ad una estremità di
una grande barra, essi
attaccavano un secchio,
mentre all'altra mettevano il
contrappeso, così l'acqua
poteva essere sollevata
facilmente. Dopo che
l'acqua fosse stata
sollevata, il palo veniva
mosso dall'altro lato, dove
l'acqua poteva essere
messa nel canale, che a
quel punto era molto più
accessibile. Veniva stimato
che una persona potesse
sollevare 2.500 litri di
acqua al giorno. Senza una
leva, una persona
probabilmente non sarebbe
in grado di sollevare tanta
acqua.
Nelle gru reali, lo sforzo viene applicato
meccanicamente attraverso un sistema
idraulico e, oltre alle leve, vengono usate
anche una serie di carrucole. Potete
imparare e fare esperimenti sulle carrucole
e molto altro nella nostra confezione di
Mechanical Science:
CARRUCOLE di Engino Education.
Modellino di “gru
a leva” di Engino
Conclusione:
carico, fulcro, sforzo,
primo genere.
Completate la conclusione
qui sotto usando le parole
nel riquadro grigio.
La leva, in questo esperimento viene chiamata leva di
......................... . In questo tipo particolare di leva, il
..................... e il ......................... vengono posizionati
all'estremità della leva, mentre il ......................... è
posizionato in mezzo.
La versione degli antichi
Egizi di una gru a leva.
Errore nel peso di riferimento;
Disallineamento nel tempo;
Vibrazioni e disturbi sismici (ad esempio provenienti dal rombo di un
treno in corsa)
Verifica:
Verificate quanto avete imparato.
Quali sono le componenti principali di una leva di primo genere?
Esempi caratteristici di una leva di primo genere usati nella vita
quotidiana.
11
Cos'è una bilancia pesalettere e come funziona?
pag
Cos'è una gru a leva e come funziona?
pag
12
leve
mechanical science
TM
Leve di secondo genere
Libretto di
attività manuali
Osservazioni
1) Osservate l'immagine qui sotto di un ragazzo che utilizza una carriola e
riempite i riquadri con queste parole: carico, sforzo, fulcro.
Introduzione
Avete mai sentito parlare di una corsa di carriole?!? O siete
mai stati ad una di esse? Se lo avete fatto, sono sicuro che
vi siete divertiti un sacco! Per coloro che non sanno di cosa
sto parlando, una corsa di carriole è un gioco nel quale
gareggiano squadre di due giocatori, in cuiuna persona fa il
guidatore e l'altra fa la “carriola”. Il guidatore mantiene le
caviglie dell'altro giocatore, mentre l'altro giocatore
cammina con le mani! La squadra che raggiunge per prima
il traguardo vince. Ora, cosa ha a che fare questa corsa
con le leve? Giusto, avete indovinato! Il gioco prende il
nome dale carriole vere, che funzionano con il principio
delle leve. State per scoprire come conducendo il seguente
esperimento!
Esperimento 3: Carriola
Procedure:
1. Seguite le istruzioni che troverete nel manuale di
istruzioni per costruire: LEVE a pagina 9 e costruite
un modellino di carriola.
Persone che si divertono
ad una corsa di carriole
Scoprite...
Come funziona il dispositivo a
carriola e come può essere
migliorato.
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2. Congratulazioni! Avete appena costruito da soli un
utile congegno per il trasporto! Usate un po' il vostro
modellino per trasportare la vostra gomma da
cancellare, temperino e matite che avete in giro sulla
vostra scrivania. Riuscite a riconoscere dove lo sforzo, il
carico e il fulcro stanno agendo sulla vostra carriola? (1)
Quiz 3
Come possiamo migliorare un dispositivo a carriola, cosicché possiamo trasportare più peso con
meno sforzo (scrivere tre possibili modifiche)? (2 punti)
3. Ora, caricate la carriola con gli oggetti che avete
raccolto per questo esperimento (sassi, fagioli, ecc..),
ma fate in modo che non cadano fuori da essa. Poi, cercate di
spostare il vostro modello caricato, percependo lo sforzo che
applicate.
4. Potete rendere il vostro modellino ancora migliore e
trasportare molto più peso se fate delle piccole sistemazioni con il
resto dei pezzi Engino. Riuscite a pensarne qualcuno? Ricordate
che state avendo a che fare con una leva, che funziona con il
principio dei Momenti (2)
2) Quali dei tre elementi (carico, fulcro, sforzo) delle leve qui sopra viene posizionato tra gli altri
due?
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Una carriola
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Materiali necessari:
1. Componenti Engino.
2. Manuale di istruzioni per
costruire di Engino: LEVE.
3. Fagioli, sassi o qualsiasi
altro piccolo oggetto.
Modellino di “carriola” Engino
13 pag
pag
14
leve
mechanical science
TM
Area informativa
Un'altalena è un seggiolino che pende da due corde o catene. Quando
l'altalena viene messa in moto, continua a muoversi in moto oscillatorio,
finché non viene fermata da una persona o dalla frizione dell'aria. Le altalene
possono trovarsi nei parco giochi, nei parchi, nei giardini o nelle verande.
Creiamo la nostra altalena con i pezzi Engino! Seguite attentamente le
istruzioni a pagina 10 del manuale di istruzioni per costruire di Engino:
LEVE, per costruire il vostro modellino. Giocateci un po' per vedere come
funziona, e provate diversi modi di applicare la vostra forza. Riuscite a
riconoscere dove lo sforzo, il carico e il fulcro vengono applicati sull'altalena?
Fulcro
Effor
Diagramma di una leva di secondo genere: il
fulcro e lo sforzo vengono posizionati alle
due estremità, mentre il carico viene
posizionato in mezzo.
Un'altalena
Esempi di leve di secondo genere:
Qui di seguito, potete vedere alcuni esempi di leve di secondo genere. Osservate le immagini e provate a
scoprire dove il carico, lo sforzo e il fulcro vengono applicati in ogni caso.
Ghigliottina per carta
Schiaccianoci (doppia)
attività manuali
Altalena:
Carico
Leve di secondo genere:
Nelle leve di secondo genere
il fulcro viene posizionato su una
estremità e lo sforzo di immissione
sull'altra estremità, mentre il carico
di emissione viene posizionato in
mezzo. Potete vedere tutti questi
elementi nella figura a destra.
Poiché il carico si trova tra il fulcro
e lo sforzo, è necessaria una forza
minore per mettere in equilibrio la
leva. In questo caso, si applica il
principio dell'equilibrio dei
Momenti, come con le leve di
primo genere.
Libretto di
Carriola
LO SAPEVATE?
I cinesi hanno inventato
una versione diversa di
carriola: una carriola a vela!
Sì, avete letto bene!
Abbiamo testimonianze del
550 D.C. del fatto che
Gaocang Wushu abbia
inventato un “carretto
guidato dal vento” usando
un albero e una vela, come
le barche a vela
capace di trasportare più di
30 persone, sebbene essa
non contenga una ruota. A
partire dal XVI secolo in
poi, i viaggiatori Europei in
Cina hanno menzionato
carretti a vela nei propri
testi,che erano
fondamentalmente carriole
(carrozze e carri) con le
vele.
Un'altalena può essere trasformata da
una leva di secondo genere in una leva di
terzo genere, dipende dalla posizione in
cui lo sforzo viene applicato. Se voi
applicate lo sforzo nella parte più bassa
dell'altalena (usando le vostre gambe),
allora l'altalena funzionerà come una leva
di secondo genere (il carico si trova
tra il fulcro e lo sforzo). Se un vostro
amico spinge l'altalena nel mezzo delle
braccia pendenti, allora essa funzionerà
come una leva di terzo genere (lo sforzo
tra il fulcro e il carico, come stiamo per
vedere qui di seguito).
Modellino di “altalena” Engino
Conclusione:
carico, fulcro, sforzo,
secondo genere.
Completa la conclusione qui
sotto usando le parole nel
riquadro grigio.
La leva in questo esperimento viene chiamata leva di
……………….. In questo tipo specifico di leva,il
....................e il ............................ vengono posizionati
sulle estremità della leva, mentre il .........................
viene posizionato in mezzo.
Una carriola a
vela in Cina
Verifica:
Verificate quanto avete imparato.
Quali sono gli ELEMENTI PRINCIPALI di una leva di SECONDO
GENERE?
ESEMPI di leve di secondo genere usati nella vita quotidiana?
15 pag
carriola
Cos'è un'ALTALENA e come funziona?
pag
16