Sternbild-Projektor

Was das Kind lernt

• Dass sich Licht geradlinig ausbreitet: Durch jedes Löchlein geht ein Strahl, der einen Punkt an die Decke malt, und alle zusammen behalten die Form des Sternbilds.
• Dass das Bild proportional mit dem Abstand wächst: Ist das Licht 10 cm von der Scheibe und die Decke 2 m entfernt, erscheint das Sternbild etwa 20-mal so groß.
• Dass die Schärfe von der Größe der Lichtquelle abhängt: Eine kleine LED ergibt punktförmige Sterne, eine Taschenlampe mit Reflektor Flecken.
• 5 echte Sternbilder zu erkennen und dass Sterne unterschiedlich hell sind (Helligkeit, Magnitude).
• Dass eine Projektion das Bild spiegelt, wenn die Scheibe falsch herum liegt, und wie man das vermeidet.

Vorher vorbereiten

• Drucke die Vorlagen mit 100 % (ohne „An Seite anpassen“) und prüfe mit einem Lineal, dass die rote Linie in der Kopfzeile 50 mm misst und die Scheiben 66 mm.
• Wähle das Zimmer für die Vorführung: Du brauchst völlige Dunkelheit (Rollläden unten) und eine weiße, glatte Decke.
• Teste die Taschenlampe deines Handys: Deck sie mit einem Finger ab und schau, ob das Licht aus einem kleinen Punkt kommt. Hat dein Handy zwei LEDs, klebe eine mit Klebeband ab.
• Bei kleinen Kindern stichst du die Löcher von 2 und 2,5 mm vorher selbst; die Kinder können die 1-mm-Löcher mit der Nadel machen.

Materialien und Werkzeuge

• Schuhkarton mit Deckel — 1
  etwa 32 × 20 × 11 cm; die Höhe (10–12 cm) legt den Abstand zwischen Licht und Scheibe fest
• Schwarzer Fotokarton — 1 A4-Blatt
  180–250 g/m², lichtdicht (gegen das Licht gehalten darf nichts durchscheinen)
• Handy mit Taschenlampe — 1
  der LED-Blitz ist eine kleine Lichtquelle (3–4 mm) und ergibt scharfe Sterne
• Schwarzes Klebeband — 1 Rolle
  schwarzes Isolierband oder Gewebeband, um Ecken abzudichten und die Scheibe zu halten
• Klebestift — 1
  um die gedruckte Vorlage auf den Fotokarton zu kleben
• Stück Kork oder Styroporplatte — 1 Stück, 10 × 10 cm
  weiche Unterlage zum Einstechen, damit der Tisch heil bleibt

Werkzeuge

• Cuttermesser und Schneidematte — das 56-mm-Loch in den Deckel schneiden Erwachsene
• Zirkel oder ein Glas mit 56 mm — das Loch anzeichnen (Vorlage A geht auch)
• Dicke Nähnadel (1 mm) — schwache Sterne
• Feiner Vorstecher oder Nagel mit 1,5 mm — mittlere Sterne Erwachsene
• Nägel mit 2 und 2,5 mm (oder Bohrer in diesen Größen, von Hand gedreht) — helle Sterne Erwachsene
• Schere — die Scheiben ausschneiden

Teile und Vorlagen

• A · Vorlage für das Deckelloch ×1 — Papier (Vorlage zum Anzeichnen)
• B · Scheibe: Orion ×1 — schwarzer Fotokarton 180–250 g
• C · Scheibe: Großer Wagen ×1 — schwarzer Fotokarton 180–250 g
• D · Scheibe: Kreuz des Südens ×1 — schwarzer Fotokarton 180–250 g
• E · Scheibe: Skorpion ×1 — schwarzer Fotokarton 180–250 g
• F · Scheibe: Kassiopeia ×1 — schwarzer Fotokarton 180–250 g

Schritt für Schritt

1. Markiere das Loch im Deckel

   Schneide Vorlage A (Kreis mit 56 mm) aus und lege sie in die Mitte des Kartondeckels: Zeichne zwei Diagonalen von Ecke zu Ecke, um die Mitte zu finden. Fahre den Umriss mit Bleistift nach.

   Prüfe: Der Kreis muss von beiden langen Seiten des Deckels gleich weit entfernt sein.

2. Schneide das Loch aus Erwachsene

   Ein Erwachsener schneidet den 56-mm-Kreis mit dem Cuttermesser auf der Schneidematte aus, mit vielen kurzen Schnitten entlang der Linie. Schleife die Fasern am Rand ab oder schneide sie mit der Schere weg.

3. Dichte den Karton ab

   Klebe außen schwarzes Klebeband auf die 4 senkrechten Kanten des Kartons und über jede Ritze. Ist der Karton innen weiß, macht das nichts, aber außer durch das Loch darf nirgends Licht austreten.

   Prüfe: Leg das Handy mit eingeschalteter Taschenlampe hinein, schließ den Deckel und halte im Dunkeln die Hand über das Loch: Der Karton darf an den Ecken nicht leuchten.

4. Bereite die Scheiben vor

   Klebe das Blatt mit den Scheiben (B bis F) mit dem Klebestift auf den schwarzen Fotokarton, das Motiv zu dir. Schneide die 5 Kreise von 66 mm an der äußeren Linie aus.

   Tipp: Schreib den Namen des Sternbilds auch auf ein Fähnchen aus Malerkrepp am Rand: So erkennst du es im Dunkeln mit dem Handy.

5. Stich die schwachen Sterne

   Lege die Scheibe mit der bedruckten Seite nach oben auf den Kork. Stich mit der dicken Nadel alle mit „1“ markierten Kreise (1 mm), gerade und ohne zu drehen.

   Prüfe: Halte die Scheibe gegen das Licht: Jedes Löchlein muss als sauberer Lichtpunkt zu sehen sein.

6. Stich die hellen Sterne Erwachsene

   Ein Erwachsener sticht die 1,5-mm-Kreise mit dem Vorstecher, die 2-mm-Kreise mit einem 2-mm-Nagel und die 2,5-mm-Kreise mit einem 2,5-mm-Nagel (Beteigeuze, Rigel, Acrux). Ganz durchstechen und den Nagel drehen, damit das Loch rund wird.

   Tipp: Stich nicht die grauen Linien zwischen den Sternen: Sie sind nur eine Hilfe, um die Figur zu erkennen.

7. Säubere die Löcher

   Dreh die Scheibe um: Der Fotokarton bildet hinten Grate. Schneide sie mit einer kleinen Schere ab oder schleife sie vorsichtig ab, ohne sie ins Loch zu drücken, denn dann verdecken sie das Licht.

8. Leg das Handy hinein

   Leg das Handy mit dem Display nach unten (Display auf den Boden) in den Karton, mit dem Blitz genau unter der Mitte des Deckellochs. Schalte die Taschenlampe ein und schließ den Deckel.

   Prüfe: Wenn du durch das Loch schaust (ohne das Auge nah heranzubringen), musst du die leuchtende LED genau in der Mitte sehen.

9. Leg die Scheibe umgedreht auf

   Lege die Scheibe mit der BEDRUCKTEN Seite NACH INNEN (zum Licht) auf das Loch und richte sie mittig aus. Befestige sie mit 3 kurzen Streifen schwarzem Klebeband am Rand, ohne einen Stern abzudecken.

   Tipp: Liegt die bedruckte Seite außen, erscheint das Sternbild spiegelverkehrt: der Große Wagen mit der Deichsel auf der anderen Seite.

10. Projiziere an die Decke

    Mach alle Lichter aus und warte 1 Minute, bis sich die Augen gewöhnt haben. Stell den Karton auf einen Nachttisch unter der Decke, sodass er etwa 2 m entfernt ist: Du siehst einen Sternenkreis von 1–1,2 m Durchmesser. Steht der Karton auf dem Boden, ist die Decke weiter weg (etwa 2,3 m) und der Kreis wird etwas größer.

    Prüfe: Die Sterne müssen als unterschiedlich große Punkte erscheinen, nicht als Flecken. Wenn Flecken entstehen, prüfe die Lichtquelle (siehe Probleme).

11. Wechsle das Sternbild

    Zum Wechseln löst du die 3 Klebestreifen, legst eine andere Scheibe auf und klebst sie wieder fest. Mach eine Himmelsreise: Großer Wagen, Kassiopeia, Orion, Skorpion und Kreuz des Südens – und erzähl zu jedem die Geschichte.

Funktioniert es? Der Test

Projiziere mit dem Karton auf dem Boden im dunklen Zimmer die Orion-Scheibe an die Decke (bei einer 2,4 m hohen Decke ist die Scheibe etwa 2,3 m von ihr entfernt). Miss mit einem Maßband den Abstand zwischen Beteigeuze und Rigel an der Decke.

Was passieren soll: Auf der Scheibe liegen sie etwa 42 mm auseinander, an der Decke etwa 24-mal weiter: rund 1 m (Vergrößerung ≈ (Abstand Licht–Scheibe + Abstand zur Decke) / Abstand Licht–Scheibe = (10 + 230) / 10). Die 7 Hauptsterne sind scharf zu sehen; die drei Gürtelsterne in einer Linie.

Wenn etwas nicht klappt

• Statt Sternen sieht man große Flecken — Das Licht kommt aus einer großen Fläche (Taschenlampe mit Reflektor oder Linse). Lösung: Nimm den Handyblitz oder entferne den Reflektor der Taschenlampe. Je kleiner die Lichtquelle, desto punktförmiger die Sterne.
• Jeder Stern erscheint doppelt — Das Handy hat zwei getrennte Blitz-LEDs (weiß und bernsteinfarben). Lösung: Klebe eine mit einem Stückchen schwarzem Klebeband ab.
• Die Sterne sind sehr schwach — Etwas Licht im Zimmer, zu kleine Löcher oder Decke zu weit weg. Lösung: Verdunkle vollständig, bring den Karton näher an die Decke (auf einen Tisch) oder vergrößere die Löcher etwas.
• Das Sternbild erscheint spiegelverkehrt — Scheibe mit der bedruckten Seite nach außen. Lösung: Dreh sie um: Die bedruckte Seite gehört nach innen, zum Licht.
• Außer den Sternen gibt es Lichtflecken an der Decke — Lichtlecks an den Ecken, an der Fuge Deckel–Karton oder am Rand der Scheibe. Lösung: Dichte mit schwarzem Klebeband ab und prüfe, dass die Scheibe das Loch mit 5 mm Rand abdeckt.
• Nur die Sterne in der Mitte sind zu sehen — Der Blitz liegt nicht mittig unter dem Loch oder hat einen schmalen Lichtkegel. Lösung: Richte das Handy mittig aus und prüfe, dass es flach liegt, ohne Unterlage darunter; ändert sich nichts, nimm die Hülle ab, die den Lichtkegel beschneiden kann, oder probiere ein anderes Handy mit breiterem Blitz.

Sicherheit

• Vorstecher und Nägel benutzt ein Erwachsener, der nach unten in den Kork sticht und die Hand von der Spitze fernhält.
• Das Cuttermesser benutzt ein Erwachsener, mit Schneidematte.
• Benutze im Karton keine Glühbirnen-Taschenlampen oder Kerzen: Sie erhitzen den Karton. Die Handy-LED wird nicht heiß, aber nimm das Handy heraus, wenn die Einheit länger als 20 Minuten dauert.
• Halte im Dunkeln den Boden frei und hab eine Notlampe griffbereit, damit niemand stolpert.
• Schau nicht aus der Nähe direkt durch das Loch in die LED: Sie blendet.

Die Wissenschaft dahinter

Für die Kinder

Das Licht des Handys kommt aus einem winzigen Punkt und breitet sich geradlinig in alle Richtungen aus. Der schwarze Fotokarton hält fast alles ab, aber durch jedes Löchlein entwischt ein Strahl, der bis zur Decke kommt und dort einen Stern malt. Weil die Strahlen beim Aufsteigen immer weiter auseinandergehen, ist das Bild an der Decke viel größer als auf der Scheibe – so wie der Lichtkreis einer Taschenlampe an der Wand größer wird, je weiter sie weg ist. Große Löcher lassen mehr Licht durch und ergeben hellere Sterne, wie am echten Himmel.

Für Erwachsene

Es handelt sich um eine Zentralprojektion aus einer fast punktförmigen Lichtquelle: Jedes Loch definiert ein schmales Strahlenbündel, das die Quelle mit der Decke verbindet. Ist die Quelle im Abstand a von der Scheibe und die Decke im Abstand D von der Scheibe, beträgt die Vergrößerung M = (a + D) / a; mit a = 10 cm und D = 2 m ist M ≈ 21, sodass der nutzbare Bereich von 56 mm zu einem Kreis von ≈ 1,2 m wird. Eine Quelle der Größe s erzeugt an der Decke pro Stern einen Fleck mit dem Durchmesser ≈ s · D / a + Loch · M: Mit der Handy-LED (s ≈ 3–4 mm) ergibt der erste Term 6–8 cm, und zusammen mit dem Loch (1–2,5 mm × 21) ist jeder Stern etwa 8–13 cm groß, was akzeptabel ist; mit einer Reflektor-Taschenlampe (s ≈ 25 mm) sind es über 50 cm, und Sterne sind nicht mehr zu unterscheiden. Das Verhältnis Schärfe/Figurgröße ≈ s / Scheibendurchmesser hängt nicht von a ab; deshalb sind eine kleine Quelle und eine große Scheibe günstig. Der Lichtstrom durch jedes Loch ist proportional zu seiner Fläche: Ein 2,5-mm-Loch lässt 6-mal so viel Licht durch wie ein 1-mm-Loch, was die Magnitudenskala nachahmt (jede Größenklasse ≈ Faktor 2,5 in der Helligkeit). Die Lochpositionen wurden mit einer gnomonischen Projektion der echten Koordinaten (Rektaszension und Deklination) berechnet und so gezeichnet, wie man sie am Himmel sieht (Norden oben, Osten links); die Projektion behält diese Ausrichtung für einen Beobachter, der von unten an die Decke schaut, nur dann bei, wenn die bedruckte Seite zur Quelle zeigt.

• Sternbild: Gruppe von Sternen, die von der Erde aus gesehen eine Figur zu bilden scheinen.
• Projektion: Bild, das Licht erzeugt, wenn es auf eine Fläche trifft.
• Punktlichtquelle: Licht, das aus einem sehr kleinen Punkt kommt; ergibt scharfe Schatten und Punkte.
• Magnitude (Größenklasse): Zahl, die die Helligkeit eines Sterns angibt: je kleiner, desto heller.
• Planetarium: Saal oder Gerät, das den Nachthimmel an eine Kuppel oder Decke projiziert.

Nach Alter

• 5–7 Jahre: Der Erwachsene schneidet den Deckel und sticht die großen Löcher. Das Kind schneidet die Scheiben aus, sticht die kleinen Sterne mit der Nadel (mit dem Erwachsenen daneben) und wechselt während der Vorführung die Scheiben.
• 8–10 Jahre: Sie machen alles außer Cuttermesser und den Nägeln von 2–2,5 mm. Sie lernen die Namen von 2–3 hellen Sternen (Beteigeuze, Rigel, Antares) und suchen den Großen Wagen am echten Himmel.
• 11–12 Jahre: Sie messen die Vergrößerung bei verschiedenen Abständen und überprüfen M = (a + D) / a. Challenge: eine Scheibe für ein neues Sternbild nach den Koordinaten aus einer App oder einem Sternatlas anfertigen.

In der Gruppe oder in der Klasse

Zweiergruppen, ein Karton pro Paar (12–13 Kartons für 25 Kinder), oder ein einziger Karton pro Klasse und eine Scheibe pro Paar. Vor der Einheit: Deckel ausschneiden, Scheiben drucken, Kork und Nadeln bereitlegen. Einheit von 60 min: 10 min Erklärung, 30 min Stechen (Nadel-Stationen für die Kinder und ein Erwachsener mit den großen Nägeln), 20 min Vorführung im abgedunkelten Raum, bei der jede Scheibe projiziert und ihre Geschichte erzählt wird.

Challenges

• Mach eine Scheibe mit dem ganzen „Sommerdreieck“ (Wega, Deneb und Atair) und den Sternen in der Umgebung.
• Bau eine Drehscheibe mit 4 Sternbildern am Rand und einer Reißzwecke in der Mitte, um zu wechseln, ohne Klebeband zu lösen.
• Leg rotes Zellophan über Beteigeuze und Antares und blaues über Rigel: Das sind die echten Farben dieser Sterne.
• Bau eine Papierkuppel (aufgespannter weißer Regenschirm) und projiziere hinein, wie in einem echten Planetarium.

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
• Spiegelrohr mit Farben
• Box, um das Lichtspektrum zu sehen

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