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1 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. 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 ine 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. Engino.net Ltd P.O. Box 71040, 3840, Limassol Cyprus, European union Tel.: Fax: Web: Copyright 2010 Engino.net Ltd. All Rights Reserved libretto di

2 Engino Education è orgogliosa di presentare questa nuovissima 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 dalle solite lezioni di scienze in laboratorio a scuola, dove gli studenti raramente hanno l'opportunità di imparare facendo pratica. cos'e Il set include, oltre alle necessarie componenti ENGINO e un manuale di istruzioni per costruire, un libretto di attività di 36 ine, con esperimenti innovativi e spiegazioni dettagliate sui diversi principi tecnologici applicati. I ragazzi impareranno tutto sulla meccanica con le contenute sul libretto, informazioni interessanti su una grande varietà di argomenti, ed esercizi e quiz al termine di ogni esperimento, per verificare le loro conoscenze e creatività. Le immagini dei contenuti sono usate puramente a scopo illustrativo e le persone che compaiono nei Contenuti sono modelli. Alcuni modellini qui raffigurati non fanno parte di questo set. Possono essere costruiti con altri set ENGINO. Per maggiori informazioni Che cosa impareremo? Incontrate i vostri comni 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

3 01 Ciao! Mi chiamo Archimede e sarò la vostra guida in questa emozionante avventura alla scoperta delle meraviglie della Meccanica! 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 ine Ma prima di cominciare, vorrei presentarvi i miei amici. Ci accomneranno nel nostro viaggio: Peter ama esplorare e scoprire curiosità in tutto il mondo. Ci racconterà le sue storie più strane nella sezione "Lo sapevate?" Come ti chiami? Andrew è una persona altruista e curiosa. Farà delle domande per assicurarsi che abbiate capito bene ogni esperimento nella sezione "Osservazioni". Matthew è il signor So-Tutto- Io. Ci fornirà tutte le teorie e le informazioni necessarie nella sezione "Area informativa". Che cosa impareremo? 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! 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. Angela è un vero spasso! Vi accomnerà in ogni esperimento, sempre ricco di interessanti attività e informazioni. Jennifer è la nostra più grande scienziata! Ci farà da guida in ogni nostro "Esperimento 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. Breve storia di ruote ed assi 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.). 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 Carro tirato dai cavalli 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) 02

4 Cos'è in sostanza una ruota con asse? Introduzione 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. 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! Diversi tipi di meccanismi di ruota con asse Coppia di ruote anteriori Coppia di ruote posteriori Barra estensibile usata come asse Elementi di un'automobile sperimentale 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... Come collegare le ruote di Engino in modi diversi. 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 ina nel caso 1 Ruota connessa a una barra estensibile (caso 1) 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. 1. Seguite attentamente le indicazioni del 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. Una macchina sperimentale Materiali Necessari: 1. Componenti Engino. Wheel connected with cylindrical spacers (case 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 ina nel caso 3. *distanziatore ottagonale 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 ina nel caso 2. *distanziali cilindrici Modellino di auto sperimentale Engino 2. Manuale di istruzioni per costruire: RUOTE E ASSI di Engino. Un'auto sperimentale Ruota connessa a distanziali ottagonali (caso 3) 03 04

5 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. Casi 1 Tipi di Ruote e assi Osservazioni (ruota che gira liberamente) Definizione di ruota ed asse: 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. 2 Ruota e asse Ruota ed asse come macchina semplice: 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. 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)? 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) Ruota ed asse Puleggia Leva 05 Le sei macchine semplici 06

6 Tipi di meccanismi ruota ed asse : Dopo aver completato il primo esperimento a ina 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. - 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. 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. Pneumatico fissato su Una vera motocicletta Motocicletta ad alta velocità: 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. Potete creare la vostra personale motocicletta da corsa seguendo le istruzioni a. 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! 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 ina 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! 07 Monopattino Carrello 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. 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. Modellino Engino di automobile con ruote a sterzo inverso. LO SAPEVATE? 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. Car steered with a tiller 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! 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: 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? Che cosa sono le RUOTE A STERZO INVERSO? Che cos'è una MOTOCICLETTA? Modellino di motocicletta ad alta velocità Engino. verificate quanto avete imparato. 08

7 Dimensioni e attrito 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. Cambiare le ruote in un pit-stop di auto da formula 1 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 ina. 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 ina seguente, usando diverse superfici. 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 Veicolo per il secondo esperimento. Usate solo questo tipo per tutti i test sull'attrito. Esperimento 2: Piattaforma di lancio Procedimento: 1. Seguite attentamente. 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. 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. 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. manovella Piattaforma di Sollevamento Scoprite... Perché si usano le ruote per spostare carichi pesanti e quale beneficio si ottiene utilizzando ruote grandi piuttosto che piccole. Piattaforma Materiali Necessari: 1. Componenti Engino Osservazioni 1) Completate la seguente tabella secondo le vostre osservazioni. Test Tipo di veicolo Piattaforma di sollevamento di un veicolo (numero di fori Engino) 09 Modellino Engino piattaforma di lancio Inizia a misurare l'altezza del sollevamento Da qui (numero 1) Elementi della piattaforma di sollevamento 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. 10

8 2) In quale test avete notato il minore sollevamento della piattaforma? Qual è la differenza di questo veicolo, se confrontato con gli altri? Area Informativa 3) Completate la tabella in base alle vostre osservazioni (passo 6). 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) 11 Test Superficie della piattaforma 1 Superficie iniziale 2 Carta da stampa 3 Cartoncino 4 Nastro adesivo 5 Carta vetrata Piattaforma di sollevamento di un veicolo (numero di fori Engino) 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. axle radius Il vantaggio meccanico dipende dai raggi di ruota ed asse wheel radius 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 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: - 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. Formula del vantaggio meccanico (V.M.) Formula del vantaggio meccanico di ruota ed asse 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. 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! Per spingere una scatola dobbiamo superare un attrito statico 12

9 - 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. 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! f = μ. N Questa reazione del suolo si indica con la lettera N e influenza direttamente l'attrito (f) come potete vedere anche dalla formula. Un bambino si diverte coi pattini Cuscinetti a sfera Ruota ed asse come leva 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 Metodi per ridurre l'attrito 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: Lubricanti Verifica: Come possiamo calcolare il VANTAGGIO MECCANICO di ruota ed asse? Cos'è l'attrito e quali TIPI DI ATTRITO esistono? Cos'è il COEFFICIENTE DI ATTRITO? Cosa possiamo fare per RIDURRE L'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; Uso di appropriati materiali di attrito quali anelli in bronzo e nylon. verificate quanto avete imparato. LO SAPEVATE? 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. A door knob Materiali Necessari: 1. Componenti Engino. 2. Manuale di istruzioni per costruire RUOTE E ASSI di Engino. Maniglia Engino Esperimento 3: Porta con pomolo Procedimento: 1. Seguite attentamente le istruzioni a. 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? 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 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 ina. 13 Segni di ruote causati dall'attrito Modellino Engino porta con 14

10 Osservazioni Area Informativa 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. 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 Braccio sforzo Elementi di una leva Carico Braccio di carico Fulcro 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 = M = F x S 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 Formula per i momenti (M) 2) Le frecce puntano nella stessa direzione? Otteniamo lo stesso risultato in entrambi i casi? Quiz 3 Qual è il vantaggio meccanico del modellino Engino porta con pomolo? (punti 2) 15 wheelbarrow E R E F R L Forze applicate al meccanismo di un pomolo di una porta che funziona da leva L Ruota ed asse come leva di prima classe: 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). 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. Appena prima che il meccanismo sia girato, la leva è bilanciata: ciò significa che il momento dello sforzo è uguale al momento del carico M = M E. R E = L. R L 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. E L Sforzo Fulcro L E F R E R L Schematic of the door knob forces Caric Diagramma di leva di prima classe 16

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