Dunkelkammer, die Bilder projiziert

Was das Kind lernt

• Dass Licht sich geradlinig ausbreitet: Die Strahlen von oben und unten kreuzen sich im Loch, und das Bild steht auf dem Kopf (um 180° gedreht).
• Dass die Bildgröße von der Entfernung abhängt: Bild = Gegenstand × (Kartonlänge ÷ Entfernung zum Gegenstand).
• Den Kompromiss zwischen Schärfe und Helligkeit: kleines Loch = schärfer und dunkler; großes = heller und unscharf; es gibt eine optimale Größe (≈ 0,8 mm bei 33 cm).
• Dass das menschliche Auge und Fotokameras Dunkelkammern mit einer Linse sind.

Vorher vorbereiten

• Drucke die Vorlagen bei 100 % aus und prüfe die rote 50-mm-Linie im Kopf jedes Blatts. Miss deinen Karton: Wenn seine kleinen Seiten nicht 200 × 120 mm groß sind, setz die Fenster trotzdem mittig.
• Male das Innere von Karton und Deckel am Tag vorher an (oder kleide es mit schwarzem Fotokarton aus).
• Wähle einen sonnigen Tag oder ein Zimmer mit einem großen Fenster, das auf eine helle Umgebung draußen zeigt; das Zimmer muss sich abdunkeln lassen.
• Miss die Nadel: Halte sie neben ein Lineal und schau mit der Lupe, oder nimm eine, die gerade so durch ein 1-mm-Loch der Testkarte passt.

Materialien und Werkzeuge

• Schuhkarton mit Deckel — 1
  für Erwachsenenschuhe, ≈ 330 × 200 × 120 mm, Karton ohne Löcher (Lüftungslöcher mit schwarzem Band abkleben)
• Transparentpapier — 1 Blatt 180 × 115 mm
  für technisches Zeichnen, 90 g/m²
• Alufolie — 4 Quadrate 30 × 30 mm
  Küchenfolie, glatt, ohne Knitter
• Nähnadel — 1
  Ø 0,8 mm am dicken Teil (miss den Schaft, nicht die Spitze)
• Mattschwarze Farbe — ≈ 50 ml
  schwarze Temperafarbe; wenn du keine hast, kleide das Innere mit schwarzem Fotokarton oder Müllbeutel aus
• Schwarzes Isolierband — 2 m
  zum Abdichten der Deckelfugen und der Ecken
• Fotokarton — 1 A4-Blatt
  200 g/m², für die 4 Lochhalter
• Wellpappe — 1 Platte 655 × 150 mm
  3 mm, für den Sichtschutz
• Bastelkleber (Weißleim) oder doppelseitiges Klebeband — ein wenig
  zum Aufkleben von Schirm und Sichtschutz

Werkzeuge

• Cuttermesser, Metalllineal und Schneidematte — die Fenster des Kartons und den Sichtschutz ausschneiden Erwachsene
• Schere — Papier und Fotokarton zuschneiden
• Radiergummi oder Korken — Unterlage zum Durchstechen der Alufolie
• Pinsel oder kleine Rolle — das Innere anmalen
• Bleistift und Lineal — die Fenster anzeichnen

Teile und Vorlagen

• A · Vorlage für die Vorderseite ×1 — Papier (zum Anzeichnen auf dem Karton)
• B · Lochhalter ×4 — Fotokarton 200 g/m² (schwarz oder angemalt)
• C · Alufolienquadrat ×4 — Alufolie
• D · Vorlage für die Rückseite ×1 — Papier (zum Anzeichnen auf dem Karton)
• E · Schirm ×1 — Transparentpapier
• F · Sichtschutz ×1 — Wellpappe 3 mm

Schritt für Schritt

1. Mach das Innere dunkel

   Male das ganze Innere von Karton und Deckel mit Temperafarbe mattschwarz an oder kleide es mit schwarzem Fotokarton aus. Lass es 30 Minuten bei offenem Karton trocknen.

   Prüfe: Wenn du bei Licht hineinschaust, darf keine braune Stelle und keine Aufschrift mehr zu sehen sein.
   Tipp: Mattschwarz verhindert, dass Licht im Inneren herumspringt und das Bild verblassen lässt; glänzendes Schwarz spiegelt.

2. Schneide das vordere Fenster aus Erwachsene

   Klebe Vorlage A mittig auf eine der kleinen Seiten des Kartons und schneide das quadratische Fenster von 50 × 50 mm mit dem Cuttermesser aus. Nimm die Vorlage ab.

3. Schneide das hintere Fenster aus Erwachsene

   Klebe Vorlage D auf die gegenüberliegende kleine Seite und schneide das Fenster von 160 × 100 mm aus; lass seitlich einen Rand von 20 mm und oben und unten 10 mm stehen.

   Prüfe: Die beiden Fenster müssen sich mittig gegenüberliegen.

4. Bring den Schirm an

   Schneide das Transparentpapier auf 180 × 115 mm zu. Klebe es INNEN im Karton über das hintere Fenster, mit Klebeband oder Kleber an den Rändern, und zieh dabei sanft, damit es glatt wie eine Trommel wird.

5. Bereite die Lochhalter vor

   Schneide die 4 Lochhalter B aus Fotokarton mit ihrem Fenster von 20 × 20 mm aus und male sie schwarz an, wenn sie hell sind. Klebe hinten auf jeden ein glattes Alufolienquadrat von 30 × 30 mm, mit Klebeband an allen 4 Seiten.

6. Stich die Löcher Erwachsene

   Leg jeden Lochhalter auf einen Radiergummi. Stich mit der Nadel unter Drehen in die Mitte der Alufolie: beim ersten nur mit der Spitze (≈ 0,5 mm), beim zweiten bis zum dicken Teil (0,8 mm). Beim dritten und vierten weitest du das Loch mit einem Zahnstocher (≈ 2 mm) und mit einer Bleistiftspitze (≈ 4 mm). Schreib auf jeden den Durchmesser.

   Prüfe: Schau durch das 0,8-mm-Loch auf eine Lampe: Du musst einen runden Lichtpunkt sehen, ohne Grate oder Risse.

7. Bring das 0,8-mm-Loch an

   Befestige den 0,8-mm-Lochhalter außen mittig über dem 50-mm-Fenster mit 4 Stücken Malerkrepp. So kannst du ihn gegen die anderen tauschen, ohne etwas kaputt zu machen.

8. Dichte den Karton ab

   Schließ den Deckel und klebe schwarzes Isolierband über alle Fugen des Deckels und an die 4 Ecken des Kartons. Kleb auch alle Lüftungslöcher zu.

   Prüfe: Leg eine eingeschaltete Taschenlampe hinein, schließ den Karton und mach das Licht im Zimmer aus: Aus keinem Spalt darf Licht dringen.

9. Bau den Sichtschutz Erwachsene

   Rille die Falten von Sichtschutz F bei 15, 215, 335 und 535 mm (passe sie an deinen Karton an), falte ihn zu einem Tunnel und klebe die Lasche fest. Steck ihn über die Rückseite und befestige ihn außen mit schwarzem Band.

   Tipp: Wenn du keinen Sichtschutz bauen willst, deck deinen Kopf und das hintere Ende des Kartons mit einem dunklen Handtuch ab.

10. Richte ihn auf eine helle Szene

    Geh an einen sonnigen Ort oder stell dich in einem abgedunkelten Zimmer vor ein Fenster, das auf eine helle Umgebung draußen zeigt. Richte das Loch auf einen Baum, ein Auto oder ein Haus in 3–20 m Entfernung.

11. Schau hinein und warte

    Leg das Gesicht an den Sichtschutz, halte 1–2 Minuten still, damit sich das Auge an die Dunkelheit gewöhnt, und schau auf den Schirm. Die Szene erscheint in Farbe, auf dem Kopf und mit vertauschtem Links und Rechts.

    Prüfe: Beweg die Hand vor dem Loch: Auf dem Schirm muss sich der Schatten verkehrt herum bewegen.

12. Vergleiche die Löcher

    Tausche den 0,8-mm-Lochhalter gegen die mit 0,5, 2 und 4 mm und schau dabei immer dieselbe Szene an. Notiere, welcher das schärfste und welcher das hellste Bild gibt.

13. Fotografiere das Bild

    Halte die Handykamera durch den Sichtschutz auf den Schirm, ohne Blitz und im Nachtmodus. Stütze das Handy ab, damit es sich während der Aufnahme (1–3 s) nicht bewegt. Dreh das Foto um 180°, um es richtig herum zu sehen.

Funktioniert es? Der Test

Richte den Karton an einem sonnigen Tag aus einem abgedunkelten Zimmer mit dem 0,8-mm-Loch auf ein Fenster zur Straße oder zum Garten, in 3–5 m Entfernung. Schau nach 2 Minuten Eingewöhnung unter den Sichtschutz.

Was passieren soll: Man sieht die Szene draußen in Farbe, um 180° gedreht, etwa 8–12 cm breit auf dem Schirm, und man sieht Autos, Menschen oder Äste sich bewegen. Ein 1,2 m breites Fenster in 4 m Entfernung nimmt ≈ 10 cm ein. Mit dem 4-mm-Loch ist das Bild heller, aber sehr unscharf; mit dem 0,5-mm-Loch ist es dunkler und etwas weniger scharf als mit 0,8 mm.

Wenn etwas nicht klappt

• Auf dem Schirm ist nichts zu sehen — Szene zu schwach beleuchtet oder das Auge hat sich nicht gewöhnt. Lösung: Richte ihn auf eine sonnige Umgebung draußen, nimm den Sichtschutz oder ein Handtuch und warte 2 Minuten.
• Der Schirm sieht grau und blass aus — Licht dringt durch Spalten oder an den Rändern des Sichtschutzes herein. Lösung: Dichte Fugen und Ecken mit schwarzem Band ab und drück das Gesicht gut an den Sichtschutz.
• Man sieht einen Lichtfleck, aber nicht die Szene — Loch zu groß oder eingerissen. Lösung: Nimm den 0,8-mm-Lochhalter und prüfe, ob das Loch rund ist; ist es kaputt, stich ein neues in frische Alufolie.
• Das Bild ist sehr dunkel und etwas unscharf — Loch zu klein (Beugung) oder Alufolie zerknittert. Lösung: Wechsle zum 0,8-mm-Loch und streich die Alufolie glatt.
• Man sieht zwei Bilder — Es gibt zwei Löcher (ein zusätzlicher Stich oder ein Riss in der Alufolie). Lösung: Klebe das überzählige Loch mit schwarzem Band zu.
• Der Schirm wellt sich oder löst sich — Kleber zu feucht oder Papier zu locker. Lösung: Klebe ihn mit doppelseitigem Klebeband und spann das Papier dabei.

Sicherheit

• Schau NIEMALS durch das Loch oder durch eine Linse oder ein Rohr in die Sonne: Das verursacht bleibende Schäden an der Netzhaut. Um die Sonne oder eine Finsternis anzusehen, stell dich mit dem Rücken zur Sonne und projiziere ihr Bild mit einer gelochten Karte auf ein weißes Papier.
• Setz niemals eine Lupe oder Linse in das Loch und richte sie auf die Sonne: Sie bündelt die Hitze und kann das Transparentpapier oder den Karton anbrennen.
• Das Cuttermesser benutzt ein Erwachsener mit Metalllineal und Schneidematte.
• Die Nadel: Der Erwachsene benutzt sie oder passt auf; steck sie am Ende in einen Korken.
• Wenn du draußen unter den Sichtschutz oder das Handtuch schaust, tu das an einem Ort ohne Verkehr und ohne Stufen: Lauf nicht, während du hineinschaust.

Die Wissenschaft dahinter

Für die Kinder

Licht läuft immer geradeaus, wie ein Pfeil. Das Licht von der Baumkrone geht schräg nach unten durch das Löchlein und landet unten auf dem Schirm; das Licht von den Wurzeln geht schräg nach oben und landet oben. Deshalb steht der Baum auf dem Kopf. Ist das Loch klein, bekommt jeder Punkt auf dem Schirm nur Licht von einem einzigen Punkt des Baums, und das Bild ist klar. Ist das Loch groß, mischt sich das Licht und alles verschwimmt. Auch dein Auge hat ein Löchlein (die Pupille), und dein Gehirn dreht das Bild wieder um.

Für Erwachsene

Die Camera obscura beruht auf der geradlinigen Ausbreitung des Lichts: Jeder Punkt des Gegenstands projiziert durch die Öffnung einen kleinen Lichtkreis auf den Schirm, und die Überlagerung dieser Kreise bildet das Bild, umgekehrt (Drehung um 180°). Der Abbildungsmaßstab ist m = f/D, wobei f der Abstand Loch–Schirm (≈ 330 mm) und D die Entfernung zum Gegenstand ist. Die Schärfe hängt von der Größe des Unschärfekreises ab: geometrisch gleich dem Lochdurchmesser d, durch Beugung wächst er aber mit ≈ 2,44·λ·f/d; der optimale Kompromiss ist d ≈ 1,9·√(f·λ) ≈ 0,8 mm bei f = 330 mm und λ = 550 nm (Rayleigh-Kriterium). Die Lichtstärke ist sehr gering: Die Blendenzahl ist 330/0,8 ≈ f/400 (eine Handykamera arbeitet mit ≈ f/1,8, rund 50 000-mal mehr Licht pro Flächeneinheit), deshalb braucht man sonnige Szenen und die Dunkeladaptation des Auges (die Stäbchen brauchen Minuten bis zur vollen Empfindlichkeit). Beschrieben von Mozi (5. Jh. v. Chr.) und Aristoteles, untersucht von Ibn al-Haytham (11. Jh.) und seit der Renaissance von Malern genutzt; 1826 fixierte Niépce auf einer Platte mit Asphalt die erste erhaltene Fotografie, mit einer Camera obscura mit Linse. Das Auge ist eine Camera obscura mit Linse: Die Pupille ist die Öffnung und die Netzhaut der Schirm.

• Camera obscura (Dunkelkammer): geschlossener Kasten mit einem kleinen Loch, der Bilder von draußen projiziert.
• Projektion: Bild, das auf einer Fläche entsteht.
• umgekehrtes Bild: umgedrehtes Bild: Oben ist unten und links ist rechts.
• Schärfe: wie klar und deutlich die Ränder eines Bildes zu sehen sind.
• Pupille: das schwarze Löchlein im Auge, durch das Licht hineinkommt.

Nach Alter

• 5–7 Jahre: Der Erwachsene schneidet die Fenster aus und sticht die Löcher; das Kind malt das Innere an, klebt das schwarze Band und schaut hinein. Spiel: Ein Erwachsener bewegt sich vor dem Karton, und das Kind sagt, in welche Richtung es ihn gehen sieht.
• 8–10 Jahre: Sie machen alle Schritte außer dem Cuttermesser. Sie vergleichen die 4 Löcher und erklären mit einer Strahlenzeichnung, warum das Bild auf dem Kopf steht.
• 11–12 Jahre: Lass sie mit d = 1,9·√(f·λ) das optimale Loch für ihren Karton berechnen, die Bildgröße mit m = f/D prüfen und eine Version aus zwei ineinander verschiebbaren Kartons bauen, um f zu verändern. Challenge: die Szene auf dem Schirm wie ein Maler abpausen.

In der Gruppe oder in der Klasse

Teams aus 3–4, ein Karton pro Team (Schuhkartons eine Woche vorher einsammeln). Der Erwachsene schneidet Fenster und Sichtschutz vor der Einheit oder an Stationen mit Cuttermesser aus. Einheit 1 (30 min): das Innere anmalen und trocknen lassen. Einheit 2 (45 min): Schirm, Lochhalter und Abdichten; dann auf den sonnigen Schulhof oder, wenn keine Sonne scheint, im abgedunkelten Klassenzimmer aus dem Fenster schauen. Wechsel: Jedes Teammitglied schaut 1 Minute unter den Sichtschutz, während ein anderes das Loch wechselt. Halte reichlich schwarzes Band bereit.

Challenges

• Baue eine Dunkelkammer aus zwei ineinander verschiebbaren Kartons, um den Abstand zum Schirm zu verändern, und prüfe, wie sich Größe und Helligkeit ändern.
• Mach ein ganzes Zimmer zur Dunkelkammer, indem du das Fenster mit Karton abdeckst und ein 10-mm-Loch lässt: Die Straße erscheint auf der gegenüberliegenden Wand.
• Pause auf dem Transparentpapier den Umriss eines Gebäudes ab, wie die Maler der Renaissance.
• Setz statt des Lochs eine Lupe mit 30–40 cm Brennweite ein (ohne auf die Sonne zu richten): Das Bild wird viel heller und schärfer. Warum?

Weitere kostenlose Projekte

• Ballonrakete an der Schnur
• Röhren-Taschenlampe mit Schalter
• Hebel-Katapult
• Schaumvulkan
• Scheibe mit zwei Seiten, die verschmelzen

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