Cannucce e spilli - costruire in ampiezza
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Durante il processo di costruzione, gli allievi dovrebbero essere incoraggiati a collaudare la robustezza, stabilità e durevolezza delle strutture su cui stanno lavorando. Alla fine del processo di costruzione, gli allievi dovrebbero avere l'opportunità di osservare e discutere le strutture proprie e altrui. Nell'esecuzione dei compiti che riguardano la robustezza, i pesi andranno collocati su una struttura alla volta, di modo che gli allievi di tutta la classe possano osservare quali risultino funzionanti e quali no.




Chiedete agli allievi di presentare i risultati dell'esplorazione libera al resto della classe. Prendete nota delle loro scoperte e delle domande che vengono poste sulla lavagna o su un tabellone che riassume le tappe dell'attività di ricerca (chart paper).

Se le attività vengono svolte in forma di sfida, possono sorgere delle obiezioni da parte dei vincitori e dei perdenti. Cercate i diversi criteri che possono servire a valutare le costruzioni, comprendendo il grado di rischio, le dimensioni e la stabilità. La struttura più piccola può essere la più stabile, mentre quella più innovativa potrà crollare ben prima. Mettete in rilievo gli insegnamenti che si possono trarre da ciascuna struttura.

Durante le fasi di collaudo con i pesi, domande come le seguenti potranno aiutare gli allievi a scorgere alcune delle implicazioni di ciò che stanno facendo:

Provate a formulare delle previsioni sui punti in cui pensate che la struttura si indebolirà per prima. Quella zona può essere rafforzata in maniera che ceda per prima un'altra zona?

Nel corso della discussione di una struttura, particolare attenzione dovrebbe essere dedicata agli elementi strutturali che hanno funzionato bene o a quelli che gli allievi hanno imparato a evitare. L'attenzione dovrebbe essere rivolta al modo in cui le strutture individuali si modificano passando dalle zone più vicine ai punti di sostegno a quelle più lontane da essi.

Che tipo di problemi hanno incontrato gli allievi e come li hanno risolti? Spesso, quando si costruisce in ampiezza, e specialmente con le travi a mensola, sorge il problema della torsione di uno dei lati. Osservate se questo problema si presenta e chiedete agli studenti come lo hanno affrontato.

Cercate elementi in trazione e in compressione in queste strutture. Spesso una lunga linea di cannucce alla sommità della struttura sarà sottoposta a trazione e una lunga linea di cannucce alla base sarà sottoposta a compressione.




Se vi trovaste appesi al ramo di un albero, mentre sotto di voi c'è un'orso affamato, preferireste trovarvi vicini al tronco dell'albero oppure vicini all'estremità del ramo? Grazie a questi esperimenti probabilmente scoprirete che se vi trovate a penzolare all'estremità del ramo è più probabile che il ramo si fletta e forse si spezzi, consegnandovi alla mercé dell'orso. È quello che potrete osservare nel corso di questi esperimenti con le cannucce. In particolare, se appendete con uno spillo un fascio di 10 cannucce a una sola cannuccia e fissate la struttura allo spigolo di un tavolo in maniera che il fascio rimanga sospeso a mezz'aria, esso verrà sorretto dalla cannuccia. Mentre, se unite l'una all'altra alle loro estremità le 10 cannucce, e fissate la prima della serie allo spigolo del tavolo, la fila di cannucce penderà in maniera evidente. Il peso delle 10 cannucce non è cambiato. Eppure, se considerato nel suo insieme, il peso delle cannucce è ben più lontano dallo spigolo del tavolo che funge da punto di sostegno. In altri termini: il baricentro si è allontanato dallo spigolo del tavolo. Questa combinazione di peso e distanza è chiamata momento delle forze (per ulteriori informazioni, si veda la panoramica di Fisica e ingegneria della struttura).