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Corso di elettronica pratica per bambini: il gioco dell’anello di metallo (decima puntata)

da | 8 Feb, 23 | Tutorial |

In questa puntata del corso di elettronica metteremo insieme la teoria e la pratica, costruendo un divertente gioco di abilità. Si tratta del classico gioco di abilità manuale per bambini, ragazzi e adulti di qualsiasi età. Una volta costruito, esso permetterà di divertirsi con gli amici e i parenti.

Il gioco dell’anello

Si tratta di un divertente gioco molto diffuso e in voga diversi anni fa. Lo scopo è molto semplice. Il giocatore deve tenere in mano e far scorrere l’anello di metallo lungo una estesa forma (anch’essa metallica) costituita da curve, discese e salite di diverse difficoltà, seguendo un percorso tridimensionale. Il giocatore deve far scorrere l’anello (tenuto saldamente in mano) dall’inizio alla fine del circuito, avendo l’accortezza di non far toccare l’anello con la pista metallica. Se avviene il contatto tra le due parti, un diodo LED si illumina e un buzzer inizia a emettere un tono acustico. Il giocatore perde, quindi, la partita e si deve ricominciare il gioco dall’inizio. Il circuito è alimentato da una pila da 12 V, per cui non è assolutamente pericoloso. A ogni modo si eviti sempre di unire tra loro i due poli della batteria, per evitare il surriscaldamento dei fili elettrici. La costruzione del gioco è molto semplice e, oltre a costituire un grande divertimento per grandi e piccini, esso costituisce un supporto didattico dell’elettronica molto importante.

Schema di principio

Il funzionamento del gioco si basa sul semplice concetto della continuità di un circuito elettrico. In altre parole, affinché gli elettroni possano attraversare correttamente i carichi (diodo LED e Buzzer) occorre che il circuito elettrico sia chiuso e che la linea sia ininterrotta dall’inizio alla fine. La figura 1 mostra questo concetto. Per rendere il circuito più sensibile si potrebbe utilizzare un transistor, come abbiamo visto nel precedente articolo. Tuttavia il funzionamento è il medesimo con lo schema proposto in questa lezione. Il circuito è composto dai seguenti componenti:

  • una batteria di 12 V;
  • un diodo LED;
  • un resistore da 470 Ohm, che lavora come protezione e limitazione per il diodo LED;
  • un buzzer da 12 V. Esso emette un suono acustico se viene alimentato elettricamente.

Come si vede dalle illustrazioni, il circuito elettrico permette il passaggio degli elettroni, attraverso i fili elettrici, quando l’interruttore è chiuso. L’interruttore, in questo caso, è rappresentato dalla coppia dell’anello e dalla struttura in metallo che il giocatore deve percorrere cercando di non toccarla con l’anello stesso. E’ sufficiente un breve contatto per far suonare il buzzer e accendere il diodo LED.

Figura 1: lo schema di principio della prova di continuità di un circuito elettrico

La struttura fisica

La parte più importante del gioco è rappresentato, ovviamente, dall’anello di metallo e dal circuito metallico. Essi devono risultare perfettamente conduttivi, pertanto essi devono essere realizzati di metallo lucido e pulito. Essi possono essere costruiti seguendo diversi metodi e usando svariati materiali come, ad esempio:

  • un filo di ferro robusto;
  • un tubo di rame;
  • un tubo di alluminio;
  • un tubo di plastica rivestito da carta stagnola;
  • un filo elettrico molto robusto senza la protezione di plastica.

In figura 2 è possibile osservare un esempio di realizzazione che prevede una elegante soluzione, utilizzando un tubo in rame, facilmente lavorabile e modellabile. Come si può comprendere, l’anello di metallo deve essere collegato con il polo positivo della batteria, mentre il percorso metallico deve essere collegato con i “lati caldi” dei carichi (diodo LED e buzzer). Se questi due oggetti vengono a contatto tra di loro, il circuito si chiude e i segnalatori luminosi e sonori saranno azionati.

Figura 2: un esempio di realizzazione delle parti metalliche

Come configurare la difficoltà del gioco

A seconda di come viene realizzata la struttura fisica del gioco, si può determinare la difficoltà del gioco stesso. Un largo anello che scorre lungo un sottile filo dritto e senza curve produce un gioco molto semplice e senza difficoltà. Viceversa, un anello molto stretto che scorre su una strada grossa e piena di curve e cambi di direzioni contribuisce a ottenere un gioco molto complicato, in cui occorre una mano molto ferma e molta pazienza. A ogni modo lo schema elettrico è sempre lo stesso, qualunque sia la forma fisica del gioco. La figura 3 mostra una soluzione finale completa, con l’anello di metallo, la strada di ferro da evitare, assieme alla batteria di 12 V, il diodo LED con la relativa resistenza di limitazione e il buzzer sonoro. La strada metallica, come detto prima, è costituita da rame, alluminio o altro tipo di filo conduttivo. E’ importante che essa sia abbastanza robusto, in modo da non piegarsi o deformarsi con il suo stesso peso. Il lavoro di piegatura dovrebbe essere svolto da una persona adulta, sempre nel rispetto della massima attenzione.

Figura 3: il prototipo finale

Rendiamo il suono più lungo

A volte il tocco e il contatto tra l’anello e il percorso metallico potrebbero risultare estremamente brevi per cui il suono prodotto, assieme alla illuminazione del diodo LED, potrebbero essere molto rapidi e non visibili. In questo caso si potrebbe provare a modificare il circuito in modo che, anche con un tocco molto breve e momentaneo, il suono prodotto sia sufficientemente lungo e chiaramente udibile. Per raggiungere tale scopo è sufficiente modificare leggermente lo schema elettrico, aggiungendo un condensatore elettrolitico da 470 uF in parallelo ai due carichi. In questo modo, anche un brevissimo impulso proveniente dalla batteria, carica istantaneamente il condensatore elettrolitico che provvederà, poi, alla progressiva erogazione della corrente sui carichi, anche in assenza di contatto fisico con l’anello. In questo caso, anche un contatto molto breve si traduce in un allarme sonoro e luminoso più lungo nel tempo. La figura 4 mostra tale modifica assieme ai relativi grafici degli allarmi sonori e luminosi, senza l’uso del condensatore elettrolitico (grafico sopra) e con il condensatore elettrolitico (grafico sotto). Si presti attenzione al fatto che i condensatori elettrolitici sono polarizzati e hanno un polo positivo e uno negativo, proprio come le batterie. In fase di test del gioco, si può provare a toccare il percorso metallico con l’anello, anche per un tempo molto breve. Si scoprirà come il suono prodotto dal buzzer duri più a lungo rispetto al contatto stesso.

Figura 4: con l’implementazione di un condensatore elettrolitico, il segnale acustico e luminoso risultano più lunghi, anche con un contatto molto breve dell’anello

Conclusioni

Costruire da soli i propri giochi, specialmente se essi sono elettrici o elettronici, è una esperienza ineguagliabile che regala tantissime soddisfazioni e divertimenti. Una volta compreso a fondo il funzionamento del circuito, è possibile modificare radicalmente lo scopo del gioco. Si può decidere se giocare a eliminazione diretta oppure conteggiare il numero di errori. Un’altra idea è quella di effettuare il percorso con l’anello nel minor tempo possibile. I ragazzi potranno anche costruire diversi set di anelli metallici, dai più larghi ai più stretti, in modo da poter disputare le partite secondo diversi livelli di difficoltà. Le idee sono, in tal senso, infinite. Solo la fantasia può contribuire alla realizzazione di altre tipologie di giochi e di passatempi, per indimenticabili pomeriggi passati con i propri parenti e i propri amici, ricordando anche che l’elettronica è, probabilmente, il più importante settore della nostra vita ed è opportuno che i bambini e i ragazzi comincino a conoscere a fondo tutti i suoi segreti.

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