Spiegel-Periskop

Was das Kind lernt

• Dass Licht sich geradlinig ausbreitet und von einem Spiegel im gleichen Winkel zurückgeworfen wird, in dem es auftrifft (Einfallswinkel = Ausfallswinkel).
• Dass zwei parallele Spiegel im 45°-Winkel das Licht zweimal um 90° umlenken und das Bild aufrecht und nicht spiegelverkehrt herauskommt.
• Dass eine CD auf ihrer Datenseite spiegelt, aber nur im metallisierten Bereich: Die Mitte ist durchsichtig.
• Dass das Sichtfeld von der Größe der Fenster und der Länge der Röhre abhängt.

Vorher vorbereiten

• Finde die gute Seite jeder CD: Es ist die ohne Beschriftung. Reinige sie mit einem weichen Tuch und Seifenwasser, ohne kreisförmig zu reiben.
• Zeichne Teil A direkt mit dem Lineal auf den Karton (es passt nicht auf A4): ein Rechteck von 459 × 400 mm, aus dem oben ein Trapez in der Mitte (von 130 bis 444 mm, 92 mm tief) und unten die beiden Ecken (von 0 bis 222 mm und von 352 bis 459 mm) entfernt werden.
• Bei kleinen Kindern schneidest du Abwicklung und Fenster vor der Einheit zu.
• Bereite für den Test ein Stück Wand oder einen Tisch mit einem Spielzeug dahinter vor.

Materialien und Werkzeuge

• Wellpappe — 1 Bogen 47 × 41 cm + 2 Stücke 14 × 14 cm
  einwellig, 3 mm, ohne Knicke (großer Versandkarton)
• Alte CDs oder DVDs — 2
  Ø 120 mm, ohne Kratzer auf der glänzenden Seite (DVDs spiegeln etwas besser)
• Doppelseitiges Klebeband — 8 Stücke à 2 cm
  dick (Schaumstoff), um die CDs mit der beschrifteten Seite aufzukleben
• Malerkrepp oder Gewebeband (Panzertape) — ≈ 2 m
  25–50 mm breit, um Kanten und Deckel zu verschließen
• Bastelkleber (Weißleim) oder Heißklebesticks — ein Klecks / 1 Stick
  für die Verschlusslasche
• Temperafarben oder Filzstifte — nach Belieben
  Tarnfarben oder U-Boot-Farben
• A4-Papier — 2 Blätter
  zum Ausdrucken der Deckel B (Teil A zeichnest du mit dem Lineal)

Werkzeuge

• Cuttermesser, Metalllineal und Schneidematte — Abwicklung und Fenster schneiden Erwachsene
• Geodreieck oder 45°-Zeichendreieck — die schrägen Schnitte prüfen
• Langes Lineal (50 cm) und Bleistift — die Abwicklung von 459 × 400 mm zeichnen
• Leerer Kugelschreiber — die Falzlinien rillen
• Schere — Klebeband und kleine Teile

Teile und Vorlagen

• A · Periskop-Körper (Abwicklung) ×1 — Wellpappe 3 mm
• B · Spiegeldeckel (CD-Halter) ×2 — Wellpappe 3 mm

Schritt für Schritt

1. Zeichne die Abwicklung

   Zeichne auf den Karton ein Rechteck von 459 × 400 mm, die Kartonwellen senkrecht. Markiere senkrechte Linien bei 130, 222, 352 und 444 mm. Oben verbindest du (130, 0) mit (222, 92) und (352, 92) mit (444, 0); unten (130, 308) mit (222, 400) und (352, 400) mit (444, 308). Fahre den Umriss von Vorlage A nach.

   Prüfe: Jede schräge Linie fällt 92 mm auf 92 mm Breite: Mit dem Geodreieck ergibt sie 45°.

2. Schneide die Abwicklung aus Erwachsene

   Ein Erwachsener schneidet mit Cuttermesser und Lineal entlang der durchgezogenen Linie. Oben fällt ein Trapez in der Mitte weg: die Lücke zwischen 130 und 444 mm, 92 mm tief. Unten fallen die beiden Ecken weg: die linke von 0 bis 222 mm und die rechte von 352 bis 459 mm. Schräge auch die 15-mm-Lasche ab.

   Prüfe: Oben reichen die Fläche VORNE (0–130 mm) und die Lasche bis zum Rand, die Fläche HINTEN beginnt 92 mm tiefer; unten ist es umgekehrt: Nur die Fläche HINTEN (222–352 mm) reicht bis zum Rand.

3. Schneide die beiden Fenster Erwachsene

   Schneide die Fenster von 30 × 30 mm: das Eingangsfenster in der Fläche VORNE, 31 mm vom oberen Rand und zur ersten SEITE-Fläche hin verschoben (von 90 bis 120 mm); das Okular in der Fläche HINTEN, 31 mm vom unteren Rand, ebenfalls an derselben SEITE-Fläche (von 232 bis 262 mm).

   Prüfe: Beide Fenster liegen beim Falten auf derselben Seite des Periskops (prüfe es durch Probefalten).

4. Rillen und falten

   Rille die 4 Falzlinien mit einem leeren Kugelschreiber und dem Lineal. Falte jede um 90° nach innen (die Seite ohne Zeichnung nach außen).

5. Schließe die Röhre

   Klebe die 15-mm-Lasche mit Kleber oder Heißkleber innen an den freien Rand der Fläche VORNE und sichere sie außen mit Klebeband. Klebe auch die 4 langen Kanten ab, damit sie gerade bleiben.

   Prüfe: Von der Seite siehst du ein Parallelogramm: Die Fläche VORNE steht oben 92 mm über, die Fläche HINTEN unten 92 mm.

6. Bereite die Spiegeldeckel vor

   Schneide 2 Quadrate B von 130 × 130 mm aus. Klebe auf jedes eine CD mittig auf den gezeichneten Kreis, die Beschriftung zum Karton, mit 4 Stücken doppelseitigem Klebeband. Berühre die glänzende Seite nicht und klebe nichts darauf.

   Prüfe: Die CD steht nicht über das Quadrat hinaus und sitzt fest (sie wackelt nicht, wenn du den Deckel schüttelst).

7. Setze den oberen Spiegel ein

   Lege einen Deckel B auf den oberen schrägen Schnitt, die CD nach innen. Befestige ihn an allen 4 Seiten mit Klebeband, sodass der Karton des Deckels auf den Kanten der Seitenwände aufliegt.

   Tipp: Bevor du alles festklebst, schau durch das Eingangsfenster: Du musst die silberne CD sehen, nicht die durchsichtige Mitte.

8. Setze den unteren Spiegel ein

   Mach dasselbe mit dem zweiten Deckel am unteren schrägen Schnitt, die CD nach innen. Klebe alle 4 Seiten so ab, dass durch keinen Spalt Licht dringt.

9. Erster Blick

   Halte ein Auge ans Okular (unten, hinten) und halte dir das andere mit der Hand zu. Richte das obere Fenster auf etwas gut Beleuchtetes in 2–3 m Entfernung: Du solltest die Szene aufrecht sehen, mit ein paar farbigen Reflexen der CD.

   Prüfe: Siehst du einen braunen Fleck oder den durchsichtigen Ring der CD, sitzt das Fenster zu mittig: Vergrößere es um 5 mm zum Rand hin.

10. Bei Bedarf nachjustieren

    Ist das Bild schief oder siehst du nur Karton, löse einen Deckel, prüfe mit dem Geodreieck, ob der Schnitt 45° hat, und klebe ihn wieder fest auf die Kanten aufliegend an.

11. Verzieren

    Bemale die Außenseite mit Temperafarben (Tarnmuster, U-Boot, Burg...), ohne die Fenster zu verdecken. Lass alles 20 Minuten trocknen.

12. Auf Spähmission

    Duck dich hinter einen Tisch oder das Sofa und halte das Periskop senkrecht: Das obere Fenster sollte etwa 5 cm über die Kante ragen. Drehe es langsam, um einen bestimmten Gegenstand zu suchen.

Funktioniert es? Der Test

Versteck dich hinter einem 75 cm hohen Tisch und bitte eine andere Person, auf der anderen Seite in etwa 3 m Entfernung 1 bis 5 Finger hochzuhalten. Zähle die Finger nur mit dem Periskop.

Was passieren soll: Du siehst die Hand aufrecht (nicht spiegelverkehrt) und kannst die Finger zählen. Das Sichtfeld ist schmal (etwa 5°: in 3 m siehst du einen Bereich von etwa 25 cm), und das Bild hat einige Regenbogenreflexe, typisch für die CD.

Wenn etwas nicht klappt

• Ich sehe nur Karton oder Schwarz — Ein Spiegel steht nicht im 45°-Winkel oder eine CD ist falsch herum (Beschriftung nach innen). Lösung: Prüfe die Schnitte mit dem Geodreieck und ob die glänzende Seite nach innen zeigt.
• In der Bildmitte ist ein brauner Fleck — Das Fenster zeigt auf die durchsichtige Mitte der CD. Lösung: Verschiebe oder vergrößere das Fenster zum Rand der Röhre (silberner Bereich), wie in der Vorlage.
• Ich sehe den Himmel oder den Boden statt dessen, was vor mir ist — Ein Spiegel ist steiler oder flacher als 45° geneigt. Lösung: Löse den Deckel und lege ihn sauber auf die beiden schrägen Kanten; ist der Schnitt falsch, schneide ihn mit dem Geodreieck nach.
• Das Bild ist doppelt oder unscharf — Spiegelung im durchsichtigen Kunststoff der CD und Kratzer auf der Datenseite. Lösung: Nimm eine CD ohne Kratzer oder eine DVD; für mehr Schärfe klebe einen Taschenspiegel darauf.
• Sehr dunkles Bild — Es fällt wenig Licht ein oder es gibt Spalten, die blenden. Lösung: Benutze es tagsüber, schau auf beleuchtete Bereiche und klebe jeden Spalt am Okular mit Klebeband zu.
• Die Röhre verzieht sich — Karton mit waagerechten Kartonwellen oder nicht abgeklebte Kanten. Lösung: Klebe die 4 langen Kanten ab; ist sie immer noch schief, klebe innen einen Verstärkungsstreifen aus Karton ein.

Sicherheit

• Schau mit dem Periskop nie in die Sonne: Die Spiegel lenken das Licht direkt ins Auge und können es schädigen.
• Das Cuttermesser benutzt ein Erwachsener mit Metalllineal; CDs werden nicht geschnitten oder zerbrochen (sie splittern in scharfe Stücke).
• Lauf nicht herum, während du durch das Periskop schaust: Du könntest stolpern.
• Benutze das Periskop nicht, um Menschen ohne ihre Erlaubnis zu beobachten: Es ist ein Spiel unter denen, die mitspielen.

Die Wissenschaft dahinter

Für die Kinder

Licht bewegt sich geradeaus, wie ein geworfener Ball. Wenn es auf einen Spiegel trifft, prallt es ab. Ist der Spiegel schräg wie eine Rutsche (45°), prallt das Licht, das von vorne kommt, ab und läuft die Röhre hinunter. Unten ist noch so ein Spiegel, der es wieder abprallen lässt, diesmal zu deinem Auge. So siehst du, was oben ist, obwohl du unten versteckt bist. Genau das benutzen U-Boote, um aus dem Wasser zu schauen!

Für Erwachsene

Das Reflexionsgesetz besagt, dass Einfallswinkel und Ausfallswinkel, gemessen zur Normalen des Spiegels, gleich sind. Steht der Spiegel 45° zur Röhrenachse, wird ein waagerechter Strahl um 90° nach unten gelenkt; der zweite Spiegel, parallel zum ersten, lenkt ihn um weitere 90° ab und schickt ihn wieder waagerecht und in dieselbe Richtung. Da jede Reflexion das Bild umkehrt und es zwei gibt, ist das Endbild aufrecht und nicht spiegelverkehrt, nur um den Spiegelabstand (308 mm) nach unten versetzt. Eine CD spiegelt dank einer Aluminiumschicht von ~50–100 nm unter 1,2 mm Polycarbonat; die Spuren (Abstand 1,6 µm) bilden ein Beugungsgitter, das die Farben erzeugt, und die Kunststoffoberfläche fügt eine schwache Spiegelung (≈ 4 %) hinzu, die als Doppelbild sichtbar sein kann. Der Mittelbereich (r < 23 mm) ist durchsichtig, deshalb sind die Fenster um 40 mm verschoben. Das Sichtfeld wird durch den Winkel begrenzt, unter dem das Eingangsfenster vom Auge aus erscheint: 30 mm bei ≈ 400 mm optischem Weg ergeben ≈ 4–5°; größere Fenster oder eine kürzere Röhre erweitern es. Echte Periskope verwenden Prismen mit Totalreflexion und Linsen, um das Sichtfeld zu vergrößern.

• Reflexion: das Zurückprallen des Lichts, wenn es auf eine Oberfläche trifft.
• Spiegel: eine so glatte Oberfläche, dass sie das Licht geordnet zurückwirft und Bilder entstehen.
• 45°-Winkel: die Hälfte eines rechten Winkels, wie die Diagonale eines Quadrats.
• Sichtfeld: wie breit der Bereich ist, den du auf einmal sehen kannst.
• Periskop: Röhre mit zwei Spiegeln, um über Hindernisse hinwegzuschauen.

Nach Alter

• 5–7 Jahre: Der Erwachsene zeichnet und schneidet Abwicklung und Fenster. Das Kind faltet, klebt ab, klebt die CDs auf (und erkennt dabei die glänzende Seite) und verziert. Spiel: „Wie viele Finger siehst du?“
• 8–10 Jahre: Sie zeichnen die Abwicklung mit dem Lineal (mit Hilfe bei den schrägen Linien), falten und bauen zusammen; der Erwachsene schneidet nur. Lass sie den Lichtweg mit Pfeilen zeichnen.
• 11–12 Jahre: Lass sie die Abwicklung für eine andere Länge und eine andere Spiegelgröße berechnen und das Sichtfeld messen (gesehene Breite in 3 m ÷ 3 m, in Grad). Challenge: L-förmiges Eck-Periskop oder eines mit drei Spiegeln.

In der Gruppe oder in der Klasse

Zu zweit, ein Periskop pro Paar. Vorher: Abwicklungen und Fenster zuschneiden (oder lange Kartons bereithalten) und 2 CDs pro Paar sammeln. Einheit von 60 min: 10 min Vorführung mit einer Taschenlampe und zwei Spiegeln, 35 min Bauen, 15 min „Spähmission“ mit einer Mauer aus umgelegten Tischen und Schildern mit Geheimwörtern auf der anderen Seite. Hebt die Temperafarben für eine andere Einheit auf.

Challenges

• Lies mit deinem Periskop ein Geheimwort mit 3 cm großen Buchstaben aus 5 m Entfernung.
• Baue ein Periskop, das nach hinten schaut (Spiegel in V-Form): Was siehst du und warum?
• Baue ein Teleskop-Periskop: zwei Röhren, die ineinander gleiten, um die Höhe zu verändern.
• Entwirf ein Periskop mit drei Spiegeln, das über eine Mauer und dann nach links schaut.
• Verziere es wie ein U-Boot-Periskop und füge um das Okular eine Kompassskala (N, S, O, W) hinzu.

Weitere kostenlose Projekte

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

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