Farbkreisel-Scheibe
Eine Kartonscheibe von 10 cm mit den sieben Regenbogenfarben, als „Schnurrer“ an einer Schnur montiert: Beim Ziehen und Nachlassen dreht sie sich mit über 20 Umdrehungen pro Sekunde, und die Farben verschmelzen zu einem hellen, fast weißen Grau.
Was das Kind lernt
- Dass weißes Licht eine Mischung aus Farben ist und das Auge Farben „addieren“ kann, die sehr schnell nacheinander ankommen.
- Dass Lichtmischung (additiv) und Farbmischung (subtraktiv) nicht dasselbe ergeben: Deshalb sieht die Scheibe hellgrau und nicht weiß aus.
- Wie eine verdrillte Schnur Energie speichert und sie als Drehung zurückgibt (Schnurrer).
- Einen Kreis mit dem Winkelmesser in gleiche Teile zu teilen (360 / 7 = 51,4°).
Vorher vorbereiten
- Drucke das Scheibenblatt farbig in 100 % (ohne „an Seite anpassen“) und prüfe, dass Scheibe A 100 mm misst.
- Schneide die 1-m-Schnüre vorher zu (eine pro Kind).
- Bei kleinen Kindern stichst du die Löcher vor der Einheit selbst.
- Halte ein Handy mit Zeitlupe für das letzte Experiment bereit.
Materialien und Werkzeuge
- Wellpappe — 1 Stück 12 × 12 cm pro Scheibe
einwellig, 3 mm, glatt - Farbig bedrucktes A4-Blatt — 1 A4-Blatt (reicht für alle 3 Scheiben)
Druck in 100 % Größe, normales Papier mit 80 g - Dicke Schnur — 1 m pro Scheibe
Baumwolle, Paketschnur oder dicke Wolle, 1–2 mm stark - Klebestift oder Bastelkleber (Weißleim) — etwas
um das Papier auf den Karton zu kleben - Filzstifte oder Temperafarben — 7 Farben
Rot, Orange, Gelb, Grün, Hellblau, Blau und Violett, so kräftig wie möglich (nur wenn du nicht farbig druckst)
Werkzeuge
- Schere — die Scheiben ausschneiden
- Zirkel oder Glas mit 10 cm — den Kreis zeichnen, wenn du nicht druckst
- Winkelmesser — in Abschnitte von 51,4° teilen
- Vorstecher, dünner Nagel oder Schaschlikspieß — die Löcher mit Ø 2 mm stechen Erwachsene
- Stück Knete oder Korken — Unterlage zum Lochstechen
Teile und Vorlagen
- A · Scheibe mit 7 Farben ×1 — farbig bedrucktes Papier (auf D geklebt)
- B · Scheibe mit den 3 Grundfarben des Lichts ×1 — farbig bedrucktes Papier (auf Karton geklebt)
- C · Benham-Scheibe (Geisterfarben) ×1 — bedrucktes Papier (auf Karton geklebt)
- D · Verstärkung der Scheibe ×2 — Wellpappe 3 mm
- E · Verstärkung der Scheibe B ×1 — Wellpappe 3 mm
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Schritt für Schritt
Schneide die Farbscheibe aus
Schneide die farbig gedruckte Scheibe A (Ø 100 mm) an der äußeren Linie aus. Wenn du keinen Farbdrucker hast, drucke schwarz-weiß und male jeden Abschnitt in seiner Farbe an; drück fest auf, damit nichts Weißes bleibt.
1 Drucke das Blatt in 100 %: Scheibe A muss 100 mm messen 2 Schneide Scheibe A genau an der äußeren Linie aus 3 Rund um die Scheibe darf kein weißer Rand bleiben Prüfe: Es darf kein weißer Rand rundherum bleiben: Schneide genau auf der Linie.Schneide die Kartonverstärkung aus
Leg die Papierscheibe auf die Wellpappe, zeichne ihren Umriss mit Bleistift nach und schneide einen Kartonkreis mit Ø 100 mm aus (Teil D). Achtung: Scheibe B ist kleiner, ihre Verstärkung (Teil E) misst Ø 80 mm; die machst du in Schritt 9.
1 Leg Scheibe A auf den Karton und zeichne den Umriss nach 2 Schneide langsam und dreh den Karton, nicht die Schere 3 Jetzt hast du Teil D, einen Kartonkreis von 100 mm Tipp: Schneide langsam und dreh dabei den Karton, nicht die Schere: So wird der Kreis runder und dreht sich ruhiger.Klebe die Farbscheibe auf
Bestreiche den Karton mit dem Klebestift und klebe Scheibe A darauf, Rand auf Rand. Streich mit der Hand von der Mitte nach außen glatt, damit keine Blasen bleiben.
1 Bestreiche die ganze Kartonseite mit dem Klebestift 2 Leg Scheibe A darauf, Rand auf Rand 3 Streich mit der Hand von der Mitte nach außen glatt Markiere die Löcher
Die beiden Löcher liegen auf der waagerechten Linie durch den Mittelpunkt, 5 mm links und rechts davon (10 mm Abstand). Wenn du von Hand gemalt hast, markiere sie mit dem Lineal.
1 Leg das Lineal auf die Linie durch den Mittelpunkt 2 Markiere je einen Punkt 5 mm neben dem Mittelpunkt Prüfe: Miss nach: jede Markierung genau 5 mm vom Mittelpunkt. Sitzen sie schief, eiert die Scheibe.Stich die Löcher Erwachsene
Leg die Scheibe auf eine Kugel Knete oder einen Korken und stich mit einem Vorstecher oder Schaschlikspieß durch jede Markierung, bis die Löcher etwa 2 mm groß sind.
1 Ein Erwachsener legt die Scheibe auf Knete und sticht jede Markierung durch 2 Es entstehen zwei Löcher von 2 mm, je eins neben dem Mittelpunkt Fädle die Schnur ein
Fädle die 1-m-Schnur durch ein Loch und durch das andere zurück. Gleiche die beiden Enden an und verknote sie mit einem Doppelknoten. Du hast eine Schlaufe von etwa 45 cm mit der Scheibe in der Mitte.
1 Fädle die Schnur durch ein Loch und durch das andere zurück 2 Gleiche die Enden an und verknote sie doppelt 3 Halte die Schlaufe an den Enden: Die Scheibe hängt in der Mitte Prüfe: Halte die Schlaufe an beiden Enden: Die Scheibe muss in der Mitte hängen.Dreh die Schnur auf
Halte mit jeder Hand ein Ende der Schlaufe, die Zeigefinger in der Schlaufe. Lass die Schnur etwas locker und schwing die Scheibe wie ein Springseil etwa 20–30-mal herum, bis beide Stränge gut verdrillt sind.
1 Schwing die Scheibe bei lockerer Schnur wie ein Springseil 2 20–30 Umdrehungen, bis beide Stränge gut verdrillt sind Tipp: Wenn es anfangs schwierig ist, soll eine andere Person die Scheibe mit der Hand drehen, während du die Schnur hältst.Ziehen und nachlassen
Zieh die Hände ruckartig nach außen auseinander: Die Scheibe dreht sich sehr schnell. Wenn die Schnur ganz abgewickelt ist und sich andersherum aufwickelt, führ die Hände etwas zusammen; zieh wieder, wenn sie aufgewickelt ist. Wiederhole das im Rhythmus.
1 Zieh die Hände ruckartig auseinander: Die Scheibe dreht sich sehr schnell 2 Wickelt sie sich andersherum auf, führ die Hände etwas zusammen 3 Im Rhythmus wiederholen: Die Farben verschmelzen zu Hellgrau Prüfe: Die Scheibe surrt und die Farben verschwinden: Man sieht ein fast gleichmäßiges helles Grau (je nach Drucker leicht rosa oder gelblich).Bereite die anderen Scheiben vor und teste sie Erwachsene
Bereite die Scheiben B und C genauso vor wie A (Schritte 1–6): Schneide jede aus, klebe sie auf ihre Kartonverstärkung (C auf einen weiteren Kreis D mit Ø 100 mm; B auf Teil E mit Ø 80 mm, mit Scheibe B selbst angezeichnet), markiere und stich die zwei Löcher 5 mm vom Mittelpunkt und fädle eine 1-m-Schnur ein. Dann dreh sie wie A: die dreifarbige B (Ø 80 mm) schnell und die Benham-Scheibe C (schwarz-weiß) mit langsameren Umdrehungen, sanft ziehend.
1 Dreh die dreifarbige Scheibe B und vergleiche die Farbe 2 Dreh Scheibe C langsam: Es erscheinen blasse Farben
Funktioniert es? Der Test
Dreh Scheibe A mit der Schnur vor einem Fenster mit gutem Tageslicht und schau sie aus 30–50 cm an.
Was passieren soll: Bei voller Geschwindigkeit (20–40 Umdrehungen pro Sekunde, die Scheibe surrt) verschwinden die Farben und die Scheibe sieht gleichmäßig hellgrau aus, je nach Drucker manchmal leicht rosa oder gelblich. Beim Abbremsen erscheinen die Farben wieder, zuerst als Streifen und dann als einzelne Abschnitte.
Wenn etwas nicht klappt
- Die Scheibe kommt nicht auf Touren — Schnur zu dünn oder zu glatt, oder es wird zu spät gezogen. Lösung: Nimm Baumwollschnur mit 1–2 mm und dreh vor dem ersten Ziehen mindestens 20-mal auf. Zieh ruckartig und lass genau dann nach, wenn die Schnur gerade ist.
- Die Scheibe eiert und bleibt stehen — Löcher nicht mittig oder Scheibe nicht rund genug. Lösung: Prüfe, dass die Löcher 5 mm vom Mittelpunkt und auf derselben Linie liegen. Schneide „Ecken“ am Umriss weg.
- Man sieht immer noch Farben — Sie dreht sich nicht schnell genug, oder die Abschnitte sind sehr unterschiedlich hell. Lösung: Dreh öfter auf (25–30-mal) und zieh ruckartig genau dann, wenn die Schnur gerade ist. Ist die Scheibe sehr leicht (dünner Karton), klebe hinten einen weiteren Kartonkreis auf: Mit mehr Gewicht dreht sie sich länger. Male blasse Abschnitte nach, damit alle ähnlich kräftig sind.
- Man sieht dunkelgrau, nicht hellgrau — Dunkle Farben oder wenig Licht. Lösung: Schau sie bei hellem Tageslicht an und nimm helle, leuchtende Farben (Zitronengelb, Hellblau). Es ist normal, dass sie nicht reinweiß wird.
- Die Schnur reißt oder schneidet in den Karton — Nähgarn oder Löcher sehr nah am Rand eines weichen Kartons. Lösung: Nimm dickere Schnur; verstärke die Lochstellen vor dem Stechen auf jeder Seite mit einem Stückchen Klebeband.
Sicherheit
- Die Scheibe dreht sich sehr schnell und ihr Rand kann treffen: Halte sie vom Gesicht fern (mehr als 30 cm) und von anderen Personen.
- Halte lange Haare von der laufenden Schnur fern: Binde sie zusammen.
- Den Vorstecher oder Nagel benutzt ein Erwachsener, und zwar in eine weiche Unterlage hinein und nie Richtung Hand.
- Die verdrillte Schnur kann die Finger einklemmen: Steck die Finger nicht zwischen die beiden Stränge.
Die Wissenschaft dahinter
Für die Kinder
Deine Augen sind ein bisschen langsam: Wenn sie eine Farbe sehen, behalten sie sie einen winzigen Moment, auch wenn sie schon vorbei ist. Dreht sich die Scheibe sehr schnell, kommen die sieben Farben so rasch an derselben Stelle vorbei, dass deine Augen alle gleichzeitig sehen, gemischt. Und die Mischung aller Farben des Lichts ist Weiß. Nur sind Malfarben kein reines Licht, deshalb siehst du statt strahlendem Weiß ein helles Grau.
Für Erwachsene
Newton (1666–1672) zerlegte Sonnenlicht mit einem Prisma und setzte es mit einem zweiten wieder zusammen; die Scheibe zeigt diese Wiedervereinigung durch zeitliche Mischung. Die Netzhaut integriert das Licht über etwa 20–50 ms: Oberhalb der Flimmerverschmelzungsfrequenz (≈ 50–60 Hz bei hellen Reizen) wird ein wechselnder Reiz als sein Mittelwert wahrgenommen. Bei 7 Abschnitten ergeben 10 Umdrehungen/s 70 Farbwechsel pro Sekunde, doch jede Farbe wiederholt sich nur 10-mal pro Sekunde, sodass bei diesem Tempo noch Flimmern zu sehen ist; die vollständige Verschmelzung kommt bei etwa 20–40 Umdrehungen/s, was ein Schnurrer aus 10-cm-Karton erreicht. Die verdrillte Schnur ist eine Torsionsfeder: Beim Ziehen wird die Spannung zu einem Drehmoment und die Scheibe beschleunigt; ihre Trägheit verdrillt die Schnur in Gegenrichtung, und so weiter. Die wahrgenommene Farbe ist der gewichtete Mittelwert (gemittelte additive Mischung) der Reflexionsgrade der Abschnitte: Jedes Pigment absorbiert einen großen Teil des Spektrums (subtraktive Mischung in jedem Abschnitt) und reflektiert vielleicht 30–60 %, sodass der Mittelwert ein Grau mittlerer Helligkeit ist, nicht Weiß. Die RGB-Scheibe funktioniert genauso: Sie mittelt drei schmalbandige Reflexionsgrade und ergibt ein dunkleres Grau. Die schwarz-weiße Benham-Scheibe erzeugt subjektive Farben (Fechner-Benham-Farben) durch die unterschiedlichen zeitlichen Antworten der Zapfen und der Netzhautbahnen; am besten sieht man sie bei 5–10 Umdrehungen/s.
- Spektrum: alle Farben, aus denen weißes Licht besteht, von Rot bis Violett.
- additive Farbmischung: Mischung farbiger Lichter; alle zusammen ergeben Weiß.
- Nachbildwirkung (Trägheit des Auges): das Auge behält jedes Bild einen Sekundenbruchteil.
- Frequenz: wie oft etwas in einer Sekunde passiert.
- Kreisabschnitt: Teil eines Kreises zwischen zwei Radien, wie ein Stück Pizza.
Nach Alter
- 5–7 Jahre: Der Erwachsene sticht die Löcher und fädelt die Schnur ein. Das Kind schneidet aus, klebt, malt an (wenn nicht farbig gedruckt wird) und übt mit Hilfe das Ziehen und Nachlassen. Im Mittelpunkt steht: „Wohin verschwinden die Farben?“
- 8–10 Jahre: Sie machen alles außer dem Lochstechen. Lass sie die Scheiben A und B vergleichen und versuchen, eine eigene Scheibe mit 2 Farben anzumalen und das Ergebnis vorherzusagen.
- 11–12 Jahre: Challenge: den Kreis mit dem Winkelmesser in Abschnitte von 51,4° teilen, mit Zeitlupe die Umdrehungen pro Sekunde messen und berechnen, wie oft pro Sekunde jede Farbe an derselben Stelle vorbeikommt.
In der Gruppe oder in der Klasse
Einzeln (günstig und schnell): Jedes Kind macht seine Scheibe A, und jeder Tisch mit 5 Kindern teilt sich eine Scheibe B und eine Scheibe C zum Vergleichen. Für 25 Kinder: 25 farbig gedruckte Blätter (eins pro Kind, mit allen 3 Scheiben; B und C schneidet man nur aus 5 davon aus), 35 Stücke Wellpappe von 12 × 12 cm (aus 2–3 mittleren Kartons oder zweilagig aus Müslischachteln) und 35 m Schnur. Die Lehrkraft sticht die Löcher mit einem Vorstecher, während die Kinder kleben. Einheit von 40 min: 5 min Vorführung, 20 min Bauen, 15 min Testen und Vergleich A/B/C am Fenster. Achte auf Platz: Beim Drehen mindestens eine Armlänge Abstand zwischen den Scheiben.
Challenges
- Male eine Scheibe halb gelb und halb blau an und sag voraus: Wird sie grün wie beim Mischen dieser Farben oder grau? Probiere es mit den Verhältnissen 1:1 und 2:1 und erkläre das Ergebnis (beim Drehen mittelt das Auge Lichter, es mischt keine Malfarben).
- Setz die Scheibe auf einen Spielzeugmotor mit einer 1,5-V-Batterie und vergleiche die Geschwindigkeit mit dem Schnurrer.
- Mach eine Scheibe mit mehr Fläche in Rot, Orange und Gelb: Bekommst du ein wärmeres Grau? Und ein „weißeres“?
- Bau einen Kreisel, indem du einen Bleistift mittig durch die Scheibe steckst, und teste die Benham-Scheibe darauf.