Spiegelrohr mit Farben

Was das Kind lernt

• Dass ein Spiegel das Licht im selben Winkel zurückwirft, in dem es auftrifft (Einfallswinkel = Ausfallswinkel).
• Dass zwei Spiegel im 60°-Winkel 6 Bilder eines Gegenstands erzeugen (360° ÷ 60° = 6) und deshalb Figuren mit sechs Armen entstehen.
• Was Spiegelsymmetrie und Drehsymmetrie sind und wie sie sich in einem Mosaik verbinden.
• Dass die Qualität des Spiegels (glatt, glänzend) entscheidet, wie oft sich ein Bild wiederholen kann, bevor es verblasst.

Vorher vorbereiten

• Drucke die Teile mit 100 % aus und prüfe mit einem Lineal, dass Prisma A 110 mm breit ist.
• Miss den Innen-Ø des Rohrs: Bei 41 mm oder mehr nimmst du das Prisma mit 34 mm; ist er kleiner, verkleinere die Seiten auf 0,82 × Innen-Ø (z. B. 32 mm bei Ø 39).
• Kürze das Rohr auf 160 mm (Erwachsener, mit Cuttermesser unter Drehen des Rohrs oder mit Sägemesser).
• Leg die Perlen in ein Schälchen und schneide bei kleinen Kindern die Kunststoffscheiben schon vorher zu.
• Wenn du Alufolie nimmst, klebe sie am Vortag auf den Karton, damit sie unter einem Buch flach trocknet.

Materialien und Werkzeuge

• Küchenpapierrolle — 1
  Innen-Ø 41–45 mm (miss nach); wird auf 160 mm gekürzt
• Fotokarton für das Prisma — 1 Stück 120 × 160 mm
  steif, aus einer Müslischachtel oder Fotokarton 300 g/m²
• Spiegelmaterial — 3 Streifen 33 × 150 mm
  nach Qualität geordnet: selbstklebende Spiegelfolie oder verspiegelte Kunststofffolie; metallisierter Spiegelkarton; durchsichtige Folie mit schwarzem Karton dahinter; sehr glatt aufgeklebte Alufolie
• Steifer durchsichtiger Kunststoff — 1 Scheibe Ø 43 mm (≈ Innen-Ø des Rohrs)
  aus einem Blisterdeckel, einer Gebäckverpackung oder einer glatten Flasche (gerader Teil)
• Transparentpapier oder Backpapier — 1 Scheibe Ø 75 mm
  durchscheinend: lässt gestreutes Licht durch und verdeckt den Hintergrund
• Perlen oder bunte Papierschnipsel — 8–12 Stück
  3–6 mm, besser durchscheinend als undurchsichtig: Rocailles, Zellophanstückchen, Pailletten, Stückchen bunter Strohhalme
• Gummiband — 1
  Bürogummi, der das Rohr mit Ø 46 mm ohne Spiel umschließt
• Klebeband — ≈ 50 cm
  durchsichtig oder Malerkrepp
• Fotokarton für das Okular — 1 Stück 50 × 50 mm
  möglichst innen dunkel (weniger Spiegelungen)
• Klebstoff — 1 Klebestift oder Bastelkleber
  zum Aufkleben der Spiegel auf das Prisma
• Buntpapier oder Washi-Tape — nach Belieben
  zum Verzieren des Rohrs am Ende

Werkzeuge

• Lineal, Bleistift und leerer Kugelschreiber — die Falzlinien des Prismas anzeichnen und rillen
• Schere — Teile, Spiegel und Kunststoff ausschneiden
• Cuttermesser oder Sägemesser — das Rohr auf 160 mm kürzen Erwachsene
• Vorstecher oder spitzer Bleistift — das Loch mit Ø 8 mm im Okular machen Erwachsene
• Weiches Tuch — den Spiegel glatt streichen, ohne Kratzer oder Fingerabdrücke

Teile und Vorlagen

• A · Spiegelprisma (Abwicklung) ×1 — steifer Karton (Müslischachtel) oder Spiegelkarton
• B · Spiegel ×3 — Spiegelfolie / verspiegelter Kunststoff / metallisierter Karton
• C · Fenster der Kammer ×1 — steifer durchsichtiger Kunststoff
• D · Durchscheinender Deckel ×1 — Transparentpapier oder Backpapier
• E · Okular ×1 — Fotokarton
• F · Rohr aus Fotokarton (falls du kein Rohr hast) ×1 — Fotokarton 300 g/m²
• G · Zentrierkeile ×3 — Papier oder Fotokarton

Schritt für Schritt

1. Kürze das Rohr Erwachsene

   Zeichne 160 mm von einem Ende eine Linie rund um das Rohr; nimm einen geraden Papierstreifen als Führung. Der Erwachsene schneidet mit dem Cuttermesser, während er das Rohr dreht, oder mit einem Sägemesser.

   Prüfe: Beide Enden sind gerade: Wenn du das Rohr hinstellst, wackelt es nicht.

2. Schneide das Prisma aus und rille es

   Klebe Vorlage A auf den Karton und schneide sie aus (110 × 150 mm mit Klebelasche). Fahre mit dem leeren Kugelschreiber am Lineal kräftig über die 3 Falzlinien.

3. Klebe die Spiegel auf

   Klebe auf jede der 3 Seiten mit Text einen Spiegel B (33 × 150 mm), mittig auf der Seite und mit der Glanzseite zu dir. Streiche mit einem Tuch von der Mitte zu den Rändern glatt, damit keine Blasen bleiben.

   Prüfe: Wenn du dich in jedem Streifen ansiehst, ist dein Gesicht ohne Wellen. Ist er wellig, löse ihn und streiche ihn neu glatt.

4. Falte es zum Dreieck

   Falte die 3 Linien so, dass die Spiegel INNEN liegen. Gib Klebstoff auf die 8-mm-Klebelasche und klebe sie außen auf Seite 1. Sichere das Prisma mit 3 Stücken Klebeband entlang der Länge.

   Prüfe: Schau durch das Prisma zu einem Fenster (oder einer Lampe): Du siehst ein Dreieck mit vielen wiederholten Dreiecken drumherum. Siehst du keine Spiegelungen, sind die Spiegel außen.

5. Schieb das Prisma ins Rohr

   Schieb das 150-mm-Prisma an einem Ende ins Rohr, bis es bündig mit diesem Ende (dem Augenende) abschließt. Am anderen Ende bleiben 10 mm frei: Das wird die Kammer für die Perlen.

   Prüfe: Miss mit dem Lineal: Vom Rand des Prismas bis zum Rand des Rohrs sind es 10 mm.

6. Zentriere es mit Keilen

   Falte 3 Papierstreifen 20 × 140 mm (G) wie eine Ziehharmonika und schieb sie mit einem Bleistift zwischen jede Prismaseite und die Rohrwand, bis das Prisma zentriert ist und sich nicht dreht.

   Prüfe: Vom Augenende aus gesehen sitzt das Dreieck mittig im Kreis und bewegt sich nicht, wenn du das Rohr schüttelst.

7. Setz das Okular auf Erwachsene

   Mach das Loch mit Ø 8 mm in die Mitte der Scheibe E (Erwachsener, mit dem Vorstecher und dann mit dem Bleistift weiten). Leg sie auf das Augenende und befestige sie mit 3–4 über das Rohr umgeschlagenen Klebestreifen.

   Prüfe: Durch das Loch siehst du das ganze Dreieck, mittig.

8. Schließ das Prisma mit dem Fenster

   Schneide die durchsichtige Kunststoffscheibe C auf das Innenmaß des Rohrs zu (≈ 43 mm). Schieb sie am freien Ende hinein, bis sie das Prisma berührt. Befestige den Rand mit einem dünnen Klebestreifen oder einem Tropfen Klebstoff.

   Tipp: Sitzt die Scheibe locker, klebe einen dünnen Klebestreifen um die Kante, damit sie passt.

9. Füll die Kammer

   Leg 8–12 Perlen oder Papierschnipsel (3–6 mm) auf das Fenster in die 10-mm-Kammer. Sie sollen etwa den halben Boden bedecken, nicht mehr.

   Prüfe: Wenn du das Rohr neigst, rollen die Perlen frei.

10. Deck es mit Transparentpapier ab

    Leg die Scheibe D (Ø 75 mm) auf die Spitze, zieh sie an den Seiten straff und halte sie mit dem Gummiband etwa 10 mm unter dem Rand fest. Sichere sie mit einer Runde Klebeband über dem Gummi.

    Prüfe: Das Papier ist straff wie eine Trommel und drückt nicht auf die Perlen.

11. Probier es aus

    Schau durch das Okular, richte die Spitze auf ein Fenster oder eine Lampe (nie auf die Sonne) und dreh das Rohr langsam. Du solltest ein Muster mit 6 Armen sehen, das sich beim Drehen verändert.

12. Verziere es

    Beklebe das Rohr mit Buntpapier oder Washi-Tape, ohne das Okular oder das Transparentpapier zu verdecken. Du kannst deinen Namen und das Datum daraufschreiben.

Funktioniert es? Der Test

Schau durch das Okular zu einem hellen Fenster oder einer Lampe in 1 m Abstand, dreh das Rohr einmal ganz herum und zähle, wie oft sich die Figur um die Mitte wiederholt.

Was passieren soll: Du siehst ein Mosaik aus Dreiecken, das das ganze Bild füllt, und die wiederholten Perlen bilden eine Figur mit 6 Armen (sechszählige Symmetrie). Mit guten Spiegeln erkennt man 3–4 „Ringe“ aus Spiegelungen, bevor sie verblassen; mit Alufolie 1–2. Beim Drehen ändert sich die Figur ständig.

Wenn etwas nicht klappt

• Keine Spiegelungen, nur ein graues Dreieck — Die Spiegel liegen außen, oder das Material spiegelt nicht. Lösung: Nimm das Prisma auseinander und falte es neu, mit der Glanzseite innen. Probiere ein anderes Spiegelmaterial (schau vorher hinein).
• Die Bilder sind unscharf oder wellig — Zerknitterte Alufolie oder ein Spiegel, der sich stellenweise gelöst hat. Lösung: Klebe den Spiegel auf steifen Karton und streiche ihn mit einem Tuch glatt. Noch besser: Spiegelfolie oder Spiegelkarton.
• Das Prisma passt nicht ins Rohr — Das Rohr ist enger als gedacht. Lösung: Verkleinere die Seiten auf 0,82 × Innen-Ø (z. B. 32 mm bei Ø 39) und die Spiegel auf 1 mm weniger.
• In den Ecken des Mosaiks sieht man einen Strich oder eine Lücke — Die Prismaseiten schließen nicht richtig, oder die Spiegel reichen nicht bis zum Falz. Lösung: Passe die Klebelasche so an, dass das Dreieck geschlossen ist, und nimm Spiegel, die 1 mm schmaler als die Seite sind, mittig aufgeklebt.
• Die Perlen bewegen sich nicht — Zu viele Perlen oder eine zu enge Kammer (Papier eingedrückt). Lösung: Nimm die Hälfte heraus und prüfe, dass die Kammer etwa 10 mm tief ist.
• Alles ist sehr dunkel — Zu wenig Licht oder ein zu wenig durchscheinendes Deckpapier. Lösung: Richte es auf ein helles Fenster und nimm dünnes Transparentpapier oder Backpapier.
• Die Perlen rutschen ins Prisma — Fenster C fehlt oder sitzt locker. Lösung: Setz das Kunststofffenster passgenau ins Rohr und dichte den Rand mit Klebeband ab.

Sicherheit

• Schau nie durch das Kaleidoskop in die Sonne: Auch wenn das Papier das Licht streut, kann es die Augen schädigen.
• Das Cuttermesser zum Kürzen des Rohrs benutzt ein Erwachsener; zugeschnittener Blisterkunststoff hat scharfe Kanten: Runde sie mit der Schere ab.
• Perlen und Rocailles sind Kleinteile: nicht für Kinder unter 3 Jahren; nimm bei den Kleinsten Zellophanschnipsel.
• Wenn du echte Glasspiegel benutzt (nicht empfohlen), sollte sie ein Glaser schneiden, und die Kanten müssen mit Klebeband geschützt werden.

Die Wissenschaft dahinter

Für die Kinder

Ein Spiegel wirft das Licht zurück wie eine Wand einen Ball. Wenn du zwei Spiegel wie eine Spitze zusammenstellst, springt das Licht viele Male von einem zum anderen, und bei jedem Abprallen erscheint eine weitere Kopie der Perlen. Unsere drei Spiegel bilden ein Dreieck, deshalb wiederholen sich die Kopien in alle Richtungen wie Fliesen und bilden eine Blume mit sechs Blütenblättern. Wenn du das Rohr drehst, bewegen sich die Perlen, und alle Kopien bewegen sich gleichzeitig mit, deshalb verändert sich das Bild immer.

Für Erwachsene

Ein ebener Spiegel erzeugt ein virtuelles Bild, das zum Gegenstand bezüglich der Spiegelebene symmetrisch ist (Reflexionsgesetz: Einfallswinkel = Ausfallswinkel). Zwei Spiegel im Winkel θ erzeugen 360°/θ − 1 Bilder; bei θ = 60° sind es 5 Bilder plus der Gegenstand, also 6 Sektoren mit sechszähliger Symmetrie um jede Ecke. Mit drei Spiegeln in Form eines gleichseitigen Dreiecks (alle Winkel 60°) parkettieren die aufeinanderfolgenden Spiegelungen die Ebene mit Dreiecken: Das ist die Symmetriegruppe p3m1 (das Sichtfeld füllt sich mit Kopien des Dreiecks der Kammer). Bei jeder Reflexion geht ein Teil des Lichts verloren: Ein polierter Aluminiumspiegel reflektiert ≈ 85–90 %, zerknitterte Alufolie viel weniger und diffus, und eine Folie vor Schwarz nur ≈ 4–5 % (durch spiegelnde Reflexion an der Kunststoffoberfläche): Deshalb entscheidet die Spiegelqualität, wie viele Spiegelungsringe man sieht. Das Transparentpapier streut das Licht, sodass die Perlen von hinten beleuchtet wirken und die Umgebung nicht zu sehen ist. Das kleine, mittige Okular (Ø 8 mm) zwingt dazu, entlang der Achse zu schauen, wo das Mosaik regelmäßig erscheint.

• Reflexion: das Zurückwerfen von Licht an einer glatten, glänzenden Fläche.
• Symmetrie: wenn sich eine Figur beim Spiegeln oder Drehen gleich wiederholt.
• Prisma: Körper mit zwei gleichen Grundflächen (hier Dreiecken), die durch rechteckige Seiten verbunden sind.
• Okular: der Teil eines optischen Geräts, durch den man hineinschaut.
• Parkettierung: Muster, das eine Fläche lückenlos mit wiederholten Figuren bedeckt, wie Fliesen.

Nach Alter

• 5–7 Jahre: Der Erwachsene kürzt das Rohr, faltet das Prisma und zentriert es. Das Kind klebt die Spiegel auf und streicht sie mit dem Tuch glatt, wählt die Perlen aus und füllt sie ein, spannt das Papier mit dem Gummi und verziert. Nimm Zellophanschnipsel statt Rocailles.
• 8–10 Jahre: Sie bauen alles außer dem Kürzen des Rohrs und dem Loch im Okular. Sie machen das Experiment mit den zwei Spiegeln im Winkel und zählen die Bilder.
• 11–12 Jahre: Sie berechnen die Prismagröße für ihr Rohr (Seite = 0,82 × Innen-Ø), prüfen die Formel 360/θ mit Spiegeln und probieren ein Prisma mit 4 Seiten (Quadrat) oder ein 30-60-90-Dreieck, um die Mosaike zu vergleichen.

In der Gruppe oder in der Klasse

Ein Kaleidoskop pro Kind, in Paaren, die sich beim Falten und Zentrieren helfen. Vor der Einheit: Rohre auf 160 mm kürzen, Kunststoffscheiben zuschneiden und Spiegelstreifen vorbereiten (für 25 Kinder: 75 Streifen 33 × 150 mm, etwa 4 A4-Blätter Spiegelfolie oder Spiegelkarton). Ein Tisch in der Mitte mit Schälchen voller Perlen und Zellophan. Einheit von 60 min: 10 min Vorführung mit zwei Spiegeln im Winkel, 35 min Bauen, 15 min Schauen, Tauschen und Figuren zeichnen.

Challenges

• Bau ein Kaleidoskop ohne Kammer (Teleidoskop) mit einer durchsichtigen Murmel an der Spitze: Es macht aus allem vor dir ein Mosaik.
• Bau ein Prisma aus 4 Spiegeln (Quadrat) und vergleiche das Mosaik mit dem aus 3.
• Bau eine drehbare Kammer, die unabhängig vom Rohr ist, um nur die Perlen zu drehen.
• Zeichne ein Mandala in einen Kreis, das die Figur mit 6 Armen, die du siehst, genau nachahmt.

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
• Spiegel-Periskop
• Sternbild-Projektor
• Box, um das Lichtspektrum zu sehen

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