Attività: costruire un modello di pala eolica
Costruire un modellino di pala eolica con materiale di recupero permette agli studenti di toccare con mano la trasformazione al cuore dell’energia eolica: da energia cinetica del vento a energia meccanica di rotazione. Il testo Presente e Futuro lo afferma esplicitamente a p. 362: “la girandola che hai realizzato è molto simile a un generatore eolico ad asse orizzontale. Infatti, l’energia cinetica del vento mette in rotazione le palette della girandola (come succede con l’elica dell’aerogeneratore).”
L’attività è laboratoriale e a basso costo: un ponte tra il concetto teorico (energia-eolica) e l’esperienza diretta.
Target
Classi seconde o terze della scuola secondaria di primo grado, nell’ambito del modulo su energia e fonti rinnovabili. La versione base (girandola da cartoncino) è adatta anche come primo approccio; la versione intermedia (con bottiglia di plastica e confronto tra configurazioni) si presta a classi che possono gestire un semplice protocollo di osservazione.
Durata
- Versione base (girandola da cartoncino, procedura in 7 passi): indicativamente 1 ora (il testo Presente e Futuro riporta “1 ora circa” per la versione con bottiglia di plastica).
- Versione intermedia (confronto tra modelli di dimensione o forma diversa): 2-3 ore, spalmabili su due lezioni.
- Versione avanzata (aerogeneratore collegato a motore-dinamo che accende un LED): aggiungere 1-2 ore. (proposta progettuale)
Materiali
Versione base — girandola da cartoncino
(fonte: Mit green — Laboratorio, p.54)
- un foglio di cartoncino
- forbici
- tre chiodi con testa grossa
- tre asticelle di legno
Versione con bottiglia di plastica
(fonte: Presente e Futuro, p.362)
- 5 spiedi a uso alimentare
- 1 bottiglia di plastica
- 2 tappi
- 1 cannuccia
- scotch o nastro adesivo
- 1 cartoncino colorato
- colla
Materiali aggiuntivi consigliati (proposta progettuale)
- un ventilatore o un asciugacapelli (aria fredda) come “vento” controllabile in classe;
- per la versione avanzata: un piccolo motorino elettrico in corrente continua usato come dinamo, cavetti, un LED a basso voltaggio.
Prerequisiti
- Concetto di energia e di sue trasformazioni (forme-e-trasformazioni-dell-energia).
- Distinzione tra fonti rinnovabili e non rinnovabili (fonti-rinnovabili-e-non-rinnovabili).
- Idea di base del funzionamento di un aerogeneratore: il vento spinge le pale, le pale ruotano, il rotore aziona un generatore. Il testo Presente e Futuro (p.313) descrive: “L’elica è composta da tre pale gigantesche, innested in un corpo meccanico detto mozzo. La parte composta da pale e mozzo, detta rotore, ha un diametro variabile, direttamente proporzionale alla capacità di produrre energia elettrica.”
- Manualità di base nel taglio e nell’incollaggio. (proposta progettuale come prerequisito formale)
Procedura (fasi)
Versione base — Tre girandole da cartoncino
(adattata da Mit green — Laboratorio, p.54, § “5. Tre girandole”)
Strumenti e materiali: un foglio di cartoncino, forbici, tre chiodi con testa grossa, tre asticelle di legno.
- Ritaglia da un cartoncino tre quadrati, ciascuno con il lato rispettivamente di 5, 10, 20 cm.
- Traccia le diagonali di ciascun quadrato.
- Pratica 4 tagli lungo le diagonali arrivando fino a circa 2 cm dal centro del quadrato.
- Ripiega 4 angoli non consecutivi, unendoli tra loro uno sopra l’altro nel centro del quadrato.
- Infila un chiodo con capocchia grossa negli angoli riuniti.
- Pianta il chiodo in un’asticella di legno.
- Esponi i modelli al vento.
Conclusioni (dal testo): “Nelle girandole avvengono delle trasformazioni di energia: l’energia cinetica del vento si trasforma in energia meccanica delle pale. Se potessi collegare la girandola a un generatore di corrente avresti realizzato un modello di aerogeneratore. Si può osservare che la velocità di rotazione della girandola varia con la dimensione: qual è quella che gira più velocemente?”
Versione con bottiglia di plastica
(adattata da Presente e Futuro, p.362, § “Atleta sulla girandola”)
Strumenti e materiali: 5 spiedi a uso alimentare, 1 bottiglia di plastica, 2 tappi, 1 cannuccia, scotch o nastro adesivo, 1 cartoncino colorato, colla.
- Taglia la plastica in modo da ottenere 8 pale della stessa grandezza.
- Fora al centro i due tappi.
- Taglia la parte superiore della bottiglia.
- Fissa 4 spiedi tra di loro con lo scotch in modo da formare un unico bastoncino.
- Fissa con la colla sulla sommità del bastoncino un pezzo di cannuccia lungo 3 cm.
- Infila lo spiedo su un tappo e avvita la parte superiore della bottiglia.
- Elimina la parte appuntita dello spiedo e incolla all’estremità una sagoma di carta.
- Fai passare lo spiedo attraverso la cannuccia e inserisci anche il secondo tappo.
- Quando il vento aziona la girandola la sagoma ruota.
Conclusioni (dal testo): “la girandola che hai realizzato è molto simile a un generatore eolico ad asse orizzontale. Infatti, l’energia cinetica del vento mette in rotazione le palette della girandola (come succede con l’elica dell’aerogeneratore). Lo spiedo su cui la girandola è fissata ruota (come ruota l’albero collegato al rotore) e di conseguenza ruota anche l’atleta fissato sullo spiedo.”
Fase di contestualizzazione tecnica (proposta progettuale per struttura di lezione)
Prima o dopo la costruzione, il docente illustra come è fatto un aerogeneratore reale partendo dal testo Presente e Futuro (p.313-314):
- Una torre alta 60-100 m; in cima la navicella con l’albero motore e il generatore.
- Il rotore è formato da tre pale fissate sul mozzo; le pale di grandi impianti hanno un’apertura fino a 70 m.
- Il movimento delle pale viene trasmesso, tramite un moltiplicatore di giri, al generatore che produce energia elettrica.
- La navicella si orienta nelle diverse direzioni per garantire alle pale la migliore esposizione al vento.
- Esistono anche aerogeneratori ad asse verticale, utilizzati soprattutto per piccole installazioni domestiche o in luoghi isolati: sono meno rumorosi e non devono orientarsi al vento.
Il testo Mit green — Volume unico (p.236) aggiunge: “Perché la macchina si avvii è necessario che la velocità del vento raggiunga una soglia minima. A elevate velocità, sopra i 20 m/s, l’aerogeneratore viene invece spento per motivi di sicurezza.”
Sperimentazione e confronto (proposta progettuale)
Se si usano le girandole da cartoncino di tre dimensioni diverse, si può chiedere quale gira più velocemente e perché. Si raccolgono osservazioni in una tabella semplice: dimensione della pala — gira / non gira — osservazioni. Questo introduce l’idea di variabile controllata in modo elementare.
Prodotto finale
Un modellino di pala eolica (girandola) funzionante, che ruota sotto l’azione di un flusso d’aria. Nella versione con le tre girandole da cartoncino, tre modelli di dimensione diversa da confrontare. A corredo (proposta progettuale): il disegno della propria girandola prima di costruirla, e una breve risposta alla domanda conclusiva (“quale gira più velocemente e perché?”).
Valutazione
(proposta progettuale — da validare)
| Criterio | Iniziale | Base | Intermedio | Avanzato |
|---|---|---|---|---|
| Costruzione del modello | Il modello non gira o è incompleto | Il modello gira solo con un flusso d’aria molto forte | Il modello gira in modo regolare in condizioni normali | Il modello è ben bilanciato e ruota anche con un flusso d’aria debole |
| Comprensione delle trasformazioni | Non sa collegare il movimento alla fonte di energia | Riconosce che il vento fa girare le pale | Spiega che l’energia del vento si trasforma in energia meccanica di rotazione | Collega l’intera catena e confronta la girandola con un aerogeneratore reale |
| Osservazione e confronto | Non nota differenze tra i modelli | Osserva che i modelli si comportano diversamente | Confronta le dimensioni o le forme e formula un’osservazione | Formula un’ipotesi motivata su quale configurazione funziona meglio e la verifica |
| Partecipazione al laboratorio | Partecipa solo con supporto costante | Segue le istruzioni con qualche aiuto | Lavora in autonomia seguendo la procedura | Propone varianti o migliorie durante la costruzione |
Adattamenti inclusivi
BES/DSA
La dimensione manipolativa e concreta dell’attività è di per sé un punto di forza per studenti con BES/DSA: il risultato (la girandola che gira) è immediato e visibile, e non richiede produzione scritta estesa.
Strategie (proposta progettuale):
- Fornire le pale già ritagliate e una sagoma/dima per il montaggio, riducendo il carico di pianificazione.
- Lavorare in coppia con ruoli definiti (chi costruisce, chi prova al vento, chi annota), a rotazione.
- Sostituire la tabella dati scritta con una griglia a icone o con foto/video delle prove.
- Sfruttare la versione semplificata del testo Techno logics — Didattica inclusiva (p.146): schema visivo dell’aerogeneratore con etichette (Aerogeneratore / Pale / Navicella / Torre / Trasformatore) come riferimento durante l’attività.
Plusdotati
(proposta progettuale)
- Costruire un aerogeneratore ad asse verticale (tipo Darrieus o Savonius con lattine o cartone) e confrontarne il comportamento con quello ad asse orizzontale. Il testo Presente e Futuro (p.314) descrive che questi modelli “non devono orientarsi al vento” e sono “molto meno rumorosi”: si può trasformare in un test sperimentale.
- Collegare l’asse di rotazione a un piccolo motorino elettrico usato come dinamo, per accendere un LED: si rende così tangibile la catena cinetica → meccanica → elettrica.
- Far indagare i parchi eolici offshore: il testo Mit green — Volume unico (p.236) cita un parco a 20 km da Tricase (Lecce) con 24 pale eoliche capaci di generare 90 megawatt; Presente e Futuro (p.314) descrive il progetto East Anglia One con 102 rotori nel Mare del Nord.
L2
(proposta progettuale)
- Affiancare un glossario visivo dei componenti — pala, mozzo, torre, navicella, rotore — con immagine e parola, sfruttando gli schemi già presenti nei libri di testo.
- Puntare sull’attività manuale, che riduce la dipendenza dalla lingua e consente piena partecipazione.
- Usare la “girandola” come ponte interculturale: oggetto presente in molte culture e tradizioni, riconoscibile indipendentemente dalla lingua.
Pagine collegate
- energia-eolica
- forme-e-trasformazioni-dell-energia
- fonti-rinnovabili-e-non-rinnovabili
- attivita-misura-consumi-domestici
- uda-energia-sostenibile
- inclusione-energia
Fonti
- Mit green — Laboratorio per le competenze, G. Cappà, M. Fantacci (La Scuola SEI), p.54: attività “5. Tre girandole” — procedura completa con cartoncino, forbici, chiodi, asticelle di legno; conclusioni sul collegamento con il generatore eolico.
- Presente e Futuro, Castronovo, Galli, Novembri, Pavolini (Fabbri Editori/Rizzoli Education), p.362: attività “Atleta sulla girandola” — procedura completa con bottiglia di plastica, spiedi, tappi, cannuccia; p.313-314: descrizione tecnica del generatore eolico (torre, navicella, rotore, moltiplicatore di giri, micro-eolico ad asse verticale).
- Mit green — Volume unico, G. Cappà, M. Fantacci (La Scuola SEI), p.236: descrizione degli aerogeneratori, parchi eolici offshore (parco di Tricase, 24 pale, 90 MW), aerogeneratori ad asse verticale.
- Techno logics — Volume Didattica inclusiva, F. Furci, E. Pozzi, G. Monti (Raffaello Scuola), p.146: schema visivo semplificato dell’aerogeneratore per didattica inclusiva.
- Le sezioni Durata (versione intermedia e avanzata), gran parte delle strategie in Adattamenti inclusivi, la scansione in fasi della contestualizzazione tecnica e la Valutazione (rubrica) sono in larga parte proposta progettuale da validare: i testi forniscono le attività pratiche e il contenuto tecnico, non un protocollo di laboratorio completo con tempi e modalità di valutazione definite.