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Elicotteri di carta

Scuola primariaInterdisciplinareUn rotore che gira cade come un paracadute con la stessa area del disco: peso = ½ρv²C_d πR², con la resistenza dell’aria ∝ v² mentre accelera

Informazioni su questo esperimento

Taglia una striscia di carta, piega due ali e aggiungi una graffetta: lasciala cadere e girerà lentamente fino a terra come un seme d’acero. Cosa la fa cadere più lentamente? Costruisci elicotteri di carta con ali più lunghe o più corte, più graffette o carta più spessa; lasciali cadere da un’asta graduata e cronometra la caduta. Registra ogni caduta, ripeti le prove e assicurati che ciascun test sia equo cambiando una sola cosa alla volta.

Obiettivi di apprendimento

  • Pianifica un test equo cambiando una variabile e mantenendo uguali le altre
  • Misura i tempi di caduta e riportali in una tabella
  • Ripeti le misurazioni e calcola la media
  • Descrivi come la lunghezza delle ali e il peso modificano il tempo di caduta
  • Spiega che la resistenza dell’aria rallenta gli oggetti che cadono

Come si usa

  1. 1Lascia cadere tre volte l’elicottero con ali da 8 cm e 1 graffetta. I tempi sono esattamente uguali? Perché no?
  2. 2Modifica solo la lunghezza delle ali, portandola a 6 cm, e lascialo cadere tre volte. Poi prova con 10 cm e 12 cm.
  3. 3Osserva il grafico. Che cosa succede al tempo di caduta quando le ali diventano più lunghe?
  4. 4Mantieni le ali a 8 cm e prova con 0, 2 e 3 graffette. Prima fai una previsione, poi verificala.
  5. 5Prova il cartoncino invece della carta per stampante. Un elicottero più pesante cade più velocemente o più lentamente?
  6. 6Attiva la linea di previsione. I tuoi risultati la seguono?

Il modello

Media di tre misurazioni ripetute
Velocità media di caduta
Per gli alunni più grandi: a velocità costante, il peso è bilanciato dalla resistenza dell’aria sulle ali in rotazione

Ipotesi

  • L’elicottero è ritagliato dalla carta: due ali larghe 3 cm e un corpo di 3 cm × 8 cm. Ogni graffetta ha una massa di 0,5 g.
  • Le ali rotanti si comportano come un disco con un raggio pari alla lunghezza delle ali e un coefficiente di resistenza aerodinamica di 1,3. Questo produce velocità di caduta simili a quelle dei veri elicotteri di carta.
  • Ogni lettura del cronometro include un piccolo errore umano casuale nella misurazione del tempo, ma lo stesso elicottero e lo stesso numero di caduta danno sempre la stessa lettura.
  • L’elicottero inizia subito a girare e l’aria è ferma. I veri elicotteri senza graffetta possono oscillare o capovolgersi invece di girare.

Provalo in classe

  1. Q1Perché dovresti lasciar cadere ogni elicottero più di una volta?
  2. Q2Un alunno ha cambiato contemporaneamente la lunghezza delle ali e il numero di graffette. Perché il test non è corretto?
  3. Q3Un elicottero ha impiegato 2,4 s, 2,6 s e 2,5 s. Qual è il tempo medio?
  4. Q4Quale elicottero resterebbe in aria più a lungo: quello con le ali lunghe e senza graffette, oppure quello con le ali corte e tre graffette?
  5. Q5In che modo i semi dell’acero e del sicomoro usano la stessa idea?

Domande frequenti

Perché l’elicottero gira?

Mentre cade, l’aria spinge verso l’alto sotto le ali. Poiché le ali sono piegate in direzioni opposte, la spinta su ciascuna ala è leggermente laterale e le due spinte fanno ruotare l’elicottero. Le ali che girano catturano più aria e rallentano la caduta.

Perché con ali più lunghe cade più lentamente?

Mentre girano, le ali più lunghe spazzano un cerchio d’aria più ampio, creando una maggiore resistenza dell’aria. Aggiungono anche un po’ di peso, ma la resistenza aggiuntiva dell’aria conta di più.

Perché aggiungere una graffetta?

La graffetta mantiene il peso in basso, così l’elicottero resta diritto e gira invece di capovolgersi. Troppe graffette lo appesantiscono e lo fanno cadere più velocemente.