Handy-Projektor mit Lupe

Was das Kind lernt

• Dass eine Sammellinse ein reelles, umgedrehtes und vergrößertes Bild erzeugt, wenn der Gegenstand etwas weiter weg ist als ihre Brennweite.
• Dass jede Lupe eine Brennweite hat, die man messen kann, indem man ein Fenster auf ein Papier projiziert.
• Den Zusammenhang zwischen Abständen und Größe: Vergrößerung = Abstand Linse–Wand / Abstand Linse–Handy.
• Warum das Bild umso dunkler wird, je größer wir es machen (dasselbe Licht verteilt sich auf mehr Fläche).

Vorher vorbereiten

• Miss die Brennweite der Lupe (Schritt 1), bevor du etwas kaufst oder schneidest: So weißt du, ob der Karton lang genug ist (du brauchst mindestens Brennweite + 40 mm).
• Such dir einen Zeichentrickfilm mit kräftigen Farben und hellem Hintergrund aus, lade ihn herunter (ohne Benachrichtigungen) und schalte das Handy in den Flugmodus, damit keine Meldungen aufpoppen.
• Am Handy: Helligkeit auf Maximum, automatische Helligkeit und automatisches Ausschalten des Bildschirms deaktivieren.
• Mal das Innere des Kartons am Vortag an oder kleide ihn mit schwarzem Papier aus.
• Bereite den Raum vor: Rollläden herunter und eine glatte weiße Wand (oder ein weißes Bettlaken) frei machen.

Materialien und Werkzeuge

• Leselupe — 1 kaufen
  Glas- oder Acryllinse mit Ø 75–100 mm, Vergrößerung ×2 bis ×3 (Brennweite 80–200 mm)
• Schuhkarton mit Deckel — 1
  innen etwa 32 × 19 × 12 cm, mit 12 cm Höhe, damit die Mitte der Lupe 6 cm über dem Boden liegt, auf Höhe der Bildschirmmitte (ist er höher oder niedriger, hebe oder senke die Ablage D, indem du Kartonlagen hinzufügst oder wegnimmst); wenn die Brennweite deiner Lupe über 200 mm liegt, such dir einen Stiefelkarton
• Wellpappe — 1 Stück 25 × 25 cm
  3 mm, für den Schlitten
• Schwarzes Isolierband oder Gewebeband — 1 m
  lichtdicht, zum Befestigen der Lupe und Abdichten
• Mattschwarze Farbe oder schwarzes Papier — schwarze Temperafarbe (≈ 50 ml) oder 3 schwarze A4-Blätter
  für innen
• Handy oder Abspielgerät mit Bildschirm — 1
  Bildschirm 5–6,5"; mit Rotationssperre
• Knete oder Klebeknete — 1 Kugel von 2 cm
  damit das Handy auf der Ablage nicht rutscht
• Bastelkleber (Weißleim) oder Heißkleber — ein wenig
  für den Schlitten

Werkzeuge

• Cuttermesser und Schneidematte — das Loch für die Lupe schneiden Erwachsene
• Schere — die Teile des Schlittens ausschneiden
• Lineal und Maßband — die Brennweite und den Abstand zur Wand messen
• Weißes A4-Blatt — Schirm zum Messen der Brennweite der Lupe
• Pinsel — das Innere anmalen

Teile und Vorlagen

• A · Vorlage für das Lupenloch ×1 — Papier (zum Anzeichnen)
• B · Schlitten: Boden und Rückenteil ×1 — Wellpappe 3 mm
• C · Stützwinkel für das Rückenteil ×2 — Wellpappe 3 mm
• D · Ablage (Vierkantrohr 25 mm) ×1 — Fotokarton 300 g/m² oder dünner Karton
• E · Fokuslineal ×1 — Papier

Schritt für Schritt

1. Miss die Brennweite der Lupe

   Halte die Lupe neben einem hellen Fenster parallel zu einem weißen A4-Blatt, das an der gegenüberliegenden Wand klebt, und bewege sie näher oder weiter weg, bis du das Fenster scharf und verkehrt herum auf dem Blatt siehst. Miss mit dem Lineal den Abstand Lupe–Blatt: Das ist die Brennweite (f). Schreib sie auf.

   Prüfe: Bei einer Lupe ×2–×3 sollten 80 bis 200 mm herauskommen. Ist es mehr als die Kartonlänge minus 40 mm, brauchst du einen längeren Karton.
   Tipp: Mach das nie mit der Sonne: Sie würde die Hitze bündeln und könnte das Papier oder die Augen verbrennen.

2. Zeichne das Loch an

   Zeichne zwei Diagonalen auf die kurze Außenseite des Kartons, um ihre Mitte zu finden. Klebe die Vorlage A mit der Mitte auf diesen Punkt und zeichne den Kreis nach (oder umfahre das Glas deiner Lupe und zeichne 2,5 mm weiter innen).

   Prüfe: Der Kreis hat denselben Abstand zum Boden wie zum Deckel.

3. Schneide das Loch aus Erwachsene

   Schneide den Kreis mit dem Cuttermesser in kurzen Abschnitten von 1–2 cm aus und dreh dabei den Karton. Leg die Kartonseite auf die Schneidematte oder stütze sie innen mit einem Buch ab, damit sie nicht eindrückt.

4. Mal das Innere schwarz an

   Mal das Innere des Kartons und des Deckels mattschwarz an (oder kleide sie mit schwarzem Papier aus). Lass 20 Minuten trocknen. So wird das Licht, das nicht durch die Linse geht, nicht zurückgeworfen und hellt das Bild nicht auf.

5. Setz die Lupe ein

   Steck das Glas der Lupe von außen hinein, sodass der Ring am Rand des Lochs aufliegt. Dreh den Griff zur Seite, waagerecht, und klebe ihn mit Klebeband am Karton fest. Dichte den ganzen Ring mit schwarzem Klebeband ab, damit kein Licht hereinkommt.

   Prüfe: Die Lupe sitzt gerade (nicht schief) und der Griff berührt den Tisch nicht.

6. Bau den Schlitten

   Schneide das Teil B (100 × 160 mm) aus und falte es an der 70-mm-Linie zu einem L. Klebe die beiden Stützwinkel C hinter das Rückenteil, je einen an jede Kante, damit es im 90°-Winkel steht.

   Prüfe: Prüfe mit dem Geodreieck oder einer Ecke eines A4-Blatts, dass Rückenteil und Boden einen rechten Winkel bilden.

7. Füge die Ablage hinzu

   Falte das Teil D an seinen vier Falzlinien zu einem Rohr von 25 × 25 mm und klebe die Lasche fest. Klebe es liegend auf den Boden, fest an das Rückenteil gedrückt (zwischen der 40-mm-Linie und der Falte).

8. Klebe das Fokuslineal ein

   Klebe das Lineal E längs auf den Kartonboden, dicht an einer Seitenwand, mit der 0 an der Lupenwand. Es zeigt dir, wie weit das Handy entfernt ist.

9. Bereite das Handy vor Erwachsene

   Stell das Video auf Vollbild im Querformat, die Helligkeit auf 100 % und dreh das Handy um 180° (auf den Kopf). Schalte die Rotationssperre ein, damit das Bild gedreht bleibt und sich nicht von selbst zurückdreht.

   Tipp: Wenn das Handy das Bild wieder dreht, sperre die Rotation, während das Handy normal liegt, starte das Video und dreh das Handy erst danach.

10. Setz das Handy auf den Schlitten

    Stell das Handy quer auf die Ablage, mit dem Bildschirm zur Lupe, an das Rückenteil gelehnt. Klebe eine kleine Knetkugel dahinter, damit es nicht rutscht. Schieb den Schlitten in den Karton, sodass der Bildschirm f + 10 mm von der Lupe entfernt ist (schau aufs Lineal).

    Prüfe: Wenn du von außen durch die Lupe schaust, liegt die Bildschirmmitte in der Mitte des Glases.

11. Richte ihn auf die Wand

    Stell den Karton auf einen Tisch, 1–1,5 m von einer weißen Wand entfernt, mit der Lupe zur Wand und senkrecht dazu. Mach alle Lichter aus und lass die Rollläden herunter.

12. Stell scharf

    Schieb den Schlitten ohne Deckel ganz langsam zur Lupe hin oder zurück, in Schritten von 2 mm, bis das Bild an der Wand scharf ist. Notiere die Marke auf dem Lineal. Setz den Deckel auf, ohne den Schlitten zu bewegen.

    Prüfe: Buchstaben oder Ränder der Zeichnungen müssen klar zu sehen sein. Bei 1 m bis zur Wand und f = 100 mm steht das Handy etwa 110 mm von der Lupe entfernt und das Bild ist etwa 120 cm breit.

Funktioniert es? Der Test

Projiziere im völlig dunklen Raum ein Video aus 1 m Abstand zur Wand, stell scharf und miss mit dem Maßband die Breite des Bildes.

Was passieren soll: Mit einer Lupe von f = 100 mm und der Wand in 1 m steht das Handy bei ≈ 110 mm, und das Bild ist etwa 9-mal so groß wie der Bildschirm (ein 14 cm breiter Bildschirm ergibt ≈ 1,2 m), richtig herum, in der Mitte scharf und an den Rändern etwas unscharf und farbig. Es ist schwach: Du brauchst völlige Dunkelheit.

Wenn etwas nicht klappt

• Es lässt sich einfach nicht scharf stellen — Der Karton ist kürzer als der nötige Abstand (lange Brennweite) oder das Handy ist näher als die Brennweite. Lösung: Miss die Brennweite noch einmal. Das Handy muss zwischen f und 1,3·f stehen. Ist f größer als die Kartonlänge minus 40 mm, nimm einen längeren Karton oder verlängere ihn vorne mit einer schwarzen Papprolle.
• Das Bild ist abgeschnitten oder in einer Ecke der Wand — Die Bildschirmmitte ist nicht auf die Lupenmitte ausgerichtet. Lösung: Heb oder senk das Handy mit mehr oder weniger Ablage (Kartonlagen hinzufügen) und zentriere es in der Breite mit der Linie auf dem Rückenteil.
• Das Bild steht auf dem Kopf — Die Linse dreht das Bild um, und das Handy ist nicht um 180° gedreht oder der Bildschirm hat sich von selbst zurückgedreht. Lösung: Dreh das Handy um 180° und schalte die Rotationssperre ein.
• Es ist sehr dunkel oder blass — Licht im Raum, niedrige Helligkeit oder zu großes Bild. Lösung: Völlige Dunkelheit, Helligkeit auf 100 % und den Karton näher an die Wand stellen (0,7–1 m): Das Bild wird kleiner, aber viel heller. Nimm Videos mit kräftigen Farben.
• In der Mitte scharf, an den Rändern unscharf — Abbildungsfehler einer einfachen Lupenlinse, oder der Bildschirm steht nicht senkrecht zur Achse. Lösung: Teilweise ist das normal. Prüfe mit den Stützwinkeln, dass das Handy gerade steht; ein Ring aus schwarzem Fotokarton mit 50 mm Öffnung vor der Lupe verbessert die Schärfe (bei etwas weniger Licht).
• Das Bild wackelt oder wird von selbst unscharf — Der Schlitten rutscht. Lösung: Wenn scharf gestellt ist, klebe den Schlittenboden mit einem Stück Klebeband am Kartonboden fest.

Sicherheit

• Benutze die Lupe nie in der Sonne und lass sie nie in der Sonne neben dem Karton oder an einem Fenster liegen: Sie bündelt die Strahlen und kann Karton, Papier oder Haut in Sekunden verbrennen.
• Schau nicht durch die Lupe direkt in die Sonne.
• Das Cuttermesser benutzt ein Erwachsener mit Schneidematte; das Kind zeichnet an und hält den Karton fest.
• Glaslupen können zerbrechen: Wenn eine herunterfällt, hebt ein Erwachsener sie auf.
• Lass das Handy nicht lange im geschlossenen Karton laden: Es wird heiß. Einheiten von 20–30 Minuten, dann nimm es heraus und lass es auskühlen.

Die Wissenschaft dahinter

Für die Kinder

Die Lupe ist ein Glas, das in der Mitte dicker ist als am Rand, und dadurch werden die Lichtstrahlen geknickt und kommen zusammen. Das Licht, das von jedem Pünktchen des Handybildschirms kommt, geht durch die Lupe und trifft sich wieder in einem Punkt an der Wand – nur kreuzt sich unterwegs alles, und das Bild kommt verkehrt herum an. Deshalb drehen wir das Handy am Anfang um: So kommt es richtig herum an. Weil die Strahlen bis zur Wand weit auseinandergehen, wird das Bild riesig, aber das Licht verteilt sich und das Bild ist schwächer; deshalb müssen alle Lichter aus sein.

Für Erwachsene

Die Lupe ist eine Sammellinse mit der Brennweite f. Nach der Linsengleichung für dünne Linsen 1/f = 1/u + 1/v entsteht, wenn der Gegenstand (Bildschirm) bei u etwas größer als f liegt, ein reelles, umgekehrtes Bild bei v: Für f = 100 mm und v = 1000 mm ist u = 111 mm; für v = 1500 mm ist u = 107 mm. Die Lateralvergrößerung ist m = v/u ≈ 9 bzw. 14. Deshalb ist die Schärfe so empfindlich (wenige Millimeter) und man braucht einen Schlitten statt Knete. Das Bild ist um 180° gedreht (in beiden Achsen umgekehrt), nicht gespiegelt; es reicht also, das Handy um 180° zu drehen, um es von hinter dem Projektor richtig zu sehen. Helligkeit: Ein Bildschirm mit ≈ 500 cd/m² und 140 × 65 mm, gesehen von einer Lupe mit Ø 90 mm in 110 mm Abstand (Raumwinkel ≈ 0,5 sr), schickt etwa 2–3 Lumen an die Wand; verteilt auf 1,2 × 0,55 m ergibt das ≈ 3–4 Lux, nur in völliger Dunkelheit sichtbar (die Beleuchtungsstärke sinkt mit dem Quadrat der Vergrößerung). Eine einfache Linse hat sphärische und chromatische Aberration: unscharfe Ränder mit Farbsäumen; eine Blende verringert die Aberration auf Kosten des Lichts. Das schwarze Innere schluckt das Licht, das nicht zur Linse geht, und verhindert Schleier.

• Sammellinse: Linse, die in der Mitte dicker ist und die Lichtstrahlen zusammenführt (die Lupe).
• Brennweite: Abstand von der Linse bis zu dem Punkt, an dem sie das Licht von etwas sehr Fernem bündelt.
• reelles Bild: Bild, das man auf einer Wand oder einem Papier auffangen kann.
• Vergrößerung: wie viel Mal größer das Bild als der Gegenstand ist.
• scharf stellen: die Linse oder den Gegenstand bewegen, bis das Bild scharf ist.

Nach Alter

• 5–7 Jahre: Der Erwachsene misst die Brennweite, schneidet das Loch und stellt das Handy ein. Das Kind malt das Innere an, baut den Schlitten mit Klebeband und schiebt den Schlitten zum Scharfstellen, während es auf die Wand schaut: „Ist es schon scharf?“
• 8–10 Jahre: Sie machen alle Schritte außer dem Schneiden mit dem Cuttermesser. Lass sie die Brennweite selbst am Fenster messen und prüfen, dass das Bild gedreht ist.
• 11–12 Jahre: Challenge: die Linsengleichung überprüfen. u und v bei drei Abständen messen, 1/u + 1/v berechnen und mit 1/f vergleichen. Die Vergrößerung v/u berechnen und mit der an der Wand gemessenen vergleichen.

In der Gruppe oder in der Klasse

Teams von 3–4 (6–7 Projektoren für 25 Kinder). Jedes Team bringt einen Schuhkarton mit; die Lehrkraft stellt gleiche Lupen ×2–×3 (≈ 5 € pro Stück) und prüft vorher ihre Brennweite. Einheit von 60 min: 10 min Brennweite am Fenster messen (alle gleichzeitig), 30 min Bauen, 20 min Projektion im abgedunkelten Raum (projiziert nacheinander, damit das Licht eines Bildschirms das eines anderen nicht überstrahlt). Nehmt ein gemeinsames kurzes Video auf einem Handy der Lehrkraft, wenn die Kinder keins haben.

Challenges

• Setz eine schwarze Papprolle zwischen Lupe und Kartonwand, damit du Lupen mit langer Brennweite benutzen kannst.
• Bau einen Mechanismus zum Scharfstellen von außen: einen Schaschlikspieß (Holzspieß), der durch die Rückwand des Kartons geht und den Schlitten schiebt.
• Projiziere mit zwei Lupen zusammen (direkt aneinander): Was passiert mit der Brennweite?
• Entwirf eine Projektionsleinwand aus einem großen, mit weißem Papier beklebten Karton und vergleiche sie mit der Wand.

Weitere kostenlose Projekte

• Farbkreisel-Scheibe
• Regenbogen mit einem Glas und einem Schlitz
• Wassertropfen-Mikroskop
• Dunkelkammer, die Bilder projiziert
• Halloween-Schattenlaterne
• Hologramm-Pyramide
• Spiegel-Periskop
• Spiegelrohr mit Farben
• Sternbild-Projektor
• Box, um das Lichtspektrum zu sehen

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