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Versuche

Heimversuche zum Spiegel

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Abb. 1 Zwischen drei Spiegeln entstehen fantastische Welten.
Mit ein wenig Material aus dem Baumarkt könnt ihr jede Menge Experimente rund um das Thema Reflexion aufbauen. Viel Erfolg!

Panoramafoto

Die meisten von euch werden die Panoramafunktion einer digitalen Kamera oder eines Smartphones schon einmal ausprobiert haben. Dabei werden mehrere Fotos zu einem großen Bild zusammengerechnet.

Bei diesem Experiment werdet ihr mit Hilfe der Reflexion des Lichts an einer gekrümmten Fläche (einem sogenannten Wölbspiegel) mit einem einzigen Foto ein komplettes 360° Panorama erstellen.

Ihr benötigt die folgenden Materialien:

  • eine Weihnachtskugel, möglichst groß und hell (zur Not geht auch eine blaue oder rote Weihnachtskugel, aber am besten funktioniert es mit einer schönen silbernen)
  • eine Fotokamera
  • einen Computer
  • Software um das Bild zu bearbeiten (wir haben die kostenlose Software GIMP verwendet, https://www.gimp.org/downloads/)

 

Im Spiegel schreiben

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Abb. 1 Zwei Stapel Bücher und eine Abdeckung, dazu Zettel und Stift und natürliche den Spiegel. Mehr brauchst du nicht.
Wir alle haben uns daran gewöhnt, dass unsere Umwelt nach bestimmten physikalischen Gesetzen funktioniert. Könnte man die Physik um uns herum plötzlich ändern, die Welt stünde für uns Kopf. Mit einem Spiegel könnt ihr das Bild, welches ihr seht auf den Kopf stellen. Versucht in diesem Bild einmal etwas zu schreiben.

Du benötigst

  • Papier
  • Stift
  • Spiegelfliesen
  • Holzklotz
  • evtl. doppelseitiges Klebeband
  • z.B. Bücher und große Pappe zum Verdecken

Aufbau und Durchführung
Der Aufbau der Versuchsanordnung erfolgt wie im Foto dargestellt. Unter dem Aufbau verdeckt liegen Stift und Papier bereit.

Arbeitsauftrag
Schreibe, während du in den Spiegel siehst etwas auf das Papier, sodass es im Spiegel lesbar ist!
Versuche es einmal mit deinem Namen oder einem der folgenden Wörter:

  • EXPERIMENT
  • PHYSIK
  • SCHULE
  • LEIFI
  • SPIEGELSCHRIFT

Interessantes
Wusstest du, dass …

  • Leonardo da Vinci sämtliche seiner Schriften in Spiegelschrift verfasst hat?
  • „umgeschulte“ Linkshänder häufig mühelos in Spiegelschrift schreiben können?
  • Schreibanfänger oft einzelne Buchstaben oder Wörter spontan in Spiegelschrift schreiben, da sie die Form der Buchstaben aber noch nicht deren Orientierung  bzw. die Schreibrichtung verinnerlicht haben?
  • Spiegelschrift im Alltag weit verbreitet ist, z. B. bei der Fahrzeugbeschriftung von Polizei, Feuerwehr und Co.?

 

Schrift spiegeln

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Abb. 1 Mit einer Folie lassen sich die Buchstaben zusammenfügen und die Worte werden lesbar.
Benötigtes Gerät

  • Schriftvorlage siehe rechts
  • Glasplatte oder Overheadfolie
  • Spiegel

Arbeitsauftrag
Lege die Vorlage auf den Tisch.
Halte die Folie bzw. Glasplatte so, dass man den Schriftzug lesen kann (siehe Foto!)
Schreibe Deinen Namen in Spiegelschrift und überprüfe die Richtigkeit mittels Spiegel.

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Abb. 2 Drucke die Vorlag aus!

 

Reflexionsgesetz

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Abb. 1 Eine Spiegelkachel, ein Vierkantholz und doppelseitiges Klebeband. Baue deinen eigenen Versuchsaufbau zum Reflexionsgesetz.
Benötigtes Gerät

  • Spiegelkachel mit Doppelklebeband an Vierkantholz befestigt (siehe Foto).
  • Laserpointer (Vorsicht ! Nie in den Strahl schauen!).
  • Papier mit Winkeleinteilung (Siehe Foto unten)

Arbeitsauftrag

  • Spiegelkachel mit sauber auf die Winkeleinteilung stellen.
  • Mit Laserpointer bei möglichst abgedunkeltem Raum längs einem Bleistiftstrich den Spiegel am Lotfußpunkt bestrahlen und den Reflex beobachten.
  • Tabelle mit Einfallswinkel und Reflexionswinkel erstellen und Ergebnis in qualitativer Form formulieren.

 

Parallelspiegel

Versuch im Video

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Abb. 2 Zwei zueinander parallele Spiegel mit Gegenstand in der Mitte.

Benötigtes Material

  • 2 gerade Spiegel (z.B. Spiegelkacheln)
  • ein Muffin, ein Donut oder ein sonstiges Objekt zum Betrachten
  • evtl. zwei Vierkanthölzer und Klebeband, um dafür zu sorgen, dass die Spiegel gerade stehen bleiben (siehe Abb. 2)

Arbeitsauftrag 1

  • Stelle die zwei Spiegel parallel zueinander gegenüber auf (siehe Abb. 2).
  • Lege den Muffin oder einen anderen Gegenstand zwischen die beiden Spiegel.
  • Schaue knapp über den Rand eines Spiegels und zähle, wie oft du den Gegenstand insgesamt siehst.
  • Zusatzfrage: Siehst du den Gegenstand dabei auch immer von der gleichen Seite?

Arbeitsauftrag 2

  • Neige nun die Spiegel etwas, so dass die Spiegel nicht mehr ganz senkrecht stehen.
  • Beschreibe, was sich dadurch ändert.
  • Mache weiter mit dem nächsten Heimversuch "Winkelspiegel"!

Winkelspiegel

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Abb. 1 An einem Winkelspiegel lassen sich mehrfache Reflexionen beobachten.
Benötigtes Gerät

  • 2 Spiegelkacheln mit Doppelklebeband an Vierkantholz befestigen (siehe Foto).
  • Figur oder Stift

Arbeitsauftrag
Die zwei Spiegelkachel im Winkel zueinander stellen.
Einen Gegenstand dazwischen stellen.
Die Zahl der Bilder bestimmen.
Den Zusammenhang zwischen Winkel zwischen den Spiegeln und Zahl der zu sehenden Bilder in einem Satz formulieren.

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Abb. 2 An einem Winkelspiegel lassen sich mehrfache Reflexionen beobachten.

 

Winkelspiegel - Strahlumlenkung

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Abb. 1 Ein Laserstrahl wird in einem Winkelspiegel reflektiert.
Benötigtes Gerät

  • 2 Spiegelkacheln mit Doppelklebeband an Vierkantholz befestigen (siehe Foto).
  • 1 Laserpointer (Vorsicht! nicht in den Strahl schauen!)
  • Papier mit Winkeleinteilung
  • Wand zur Projektion

Arbeitsauftrag

  • Zwei Spiegelkachel im Winkel zueinander stellen, Winkel messen.
  • Mit Laserpointer Spiegel so anstrahlen, dass das Laserlicht zweifach reflektiert wird (siehe Foto!)
  • Winkel zwischen hinlaufendem und zweifach reflektiertem Strahl bestimmen.
  • Zusammenhang zwischen Winkel zwischen den Spiegeln und Winkel zwischen den Strahlen in einem Satz formulieren.

Größe des Spiegelbildes

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Abb. 1 Wie groß ist das Spiegelbild?
Benötigtes Gerät

  • 1 Spiegel
  • 2 Maßstäbe

Arbeitsauftrag

  • Lege einen Maßstab auf den Spiegel.
  • Halte den zweiten Maßstab vor deinen Kopf.
  • Vergleiche die Größen auf dem Maßstab in der Spiegelebene und dem Maßstab vor deinem Spiegelbild. Ändere den Abstand zum Spiegel.
  • Halte das Ergebnis der Beobachtung mit einem Satz fest.

Tripelspiegel

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Abb. 1 Drei Spiegel im Winkel von 90° zueinander. Wie wird das Licht reflektiert?
Benötigtes Gerät

  • 2 Spiegelkacheln mit Doppelklebeband an Vierkantholz befestigen (siehe Foto).
  • 1 Spiegelkachel ohne Vierkantholz auf Boden.
  • Taschenlampe und/oder Laserpointer (Vorsicht! nicht in den Strahl schauen!)

Arbeitsauftrag

  • Zwei Spiegelkacheln im 90°- Winkel zueinander stellen.
  • Dritte Spiegelkachel am Boden, so dass zwischen je zwei Kacheln ein 90°-Winkel ist
  • Von verschiedenen Seiten in den Tripelspiegel schauen und beobachten, was man sieht (oberstes Foto).
  • In verdunkeltem Raum mit Taschenlampe aus verschiedenen Richtungen in den Tripelspiegel leuchten und beobachten, wo der Reflex an der Wand entsteht (mittleres Foto).
  • In halb verdunkeltem Raum mit Laserpointer aus verschiedenen Richtungen in den Tripelspiegel leuchten und beobachten wo der Reflex an der Wand entsteht (mittleres Foto).
  • Ergebnis des Versuchs kurz schriftlich festhalten.

Kaleidoskop

Materialbedarf für einfaches Spiegel-Kaleidoskop

  • 1x Tonpapier (Din-A4)
  • Spiegelfolie (z.B. vom Inneren einer Packung Schokoküsse), ersatzweise Alufolie
  • Lineal, Schere, Kleber und Tesa

    Bau des einfachen Spiegel-Kaleidoskops

    Dreieckiges Spiegel-Kaleidoskop
    Abb. 1 Dreieckiges Spiegel-Kaleidoskop

    Aus dem Tonpapier, dass du später mit Spiegelfolie beklebst, soll ein langes Prisma werden, dessen Grundfläche ein gleichseitiges Dreieck ist. Dazu zeichnest du auf das Tonpapier zunächst ein Rechteck, z.B. mit der Länge \(a=26\,\rm{cm}\) und der Breite \(b=12\,\rm{cm}\). An eine der beiden langen Seiten ergänzt du noch eine Klebelasche. Nun markierst du dir zwei Faltlinien, eine \(4\,\rm{cm}\), eine \(8\,\rm{cm}\) vom Rand entfernt, sodass du das Papier später zu einer langen Dreieckssäule falten kannst. Nun beklebst du die Seite deines Rechtecks mit der Spiegelfolie, auf denen du die nicht die Faltlinien gezeichnet hast. Jetzt faltest du dein Rechteck mit der Spiegelfolie nach innen zur Dreieckssäule und klebst diese mit der Klebelasche zusammen (evtl. hilft etwas Tesa).

    Fertig ist das einfache Spiegel-Kaleidoskop. Halte es nun dicht vor dein Auge und bewundere die vielen bunten Bilder um dich herum.

    Anleitung im Video

    Zusätzliches Material für ein Perlen-Kaleidoskop

    • 1x leere Küchenrolle
    • 1x schwarzes Tonpapier
    • Frischhaltefolie
    • bunte Perlen oder Plastikplättchen
    • Maßband, Zirkel

    Bau des Perlen-Kaleidoskops

    Miss zuerst den Umfang und die Länge der leeren Küchenrolle und notiere beide Werte. Nun zeichnest du auf das weiße Papier ein Rechteck, dessen lange Seite \(a\) ca. \(1\,\rm{cm}\) kürzer ist, als die Länge der Küchenrolle und dessen kurze Seite \(b\) etwa \(0{,}83\cdot U_{\rm{Rolle}}\)  beträgt. Ergänze noch eine Klebelasche an eine der langen Seite des Rechtecks und schneide es anschließend aus.

    Um hieraus eine Dreieckssäule (Prisma mit dreieckiger Grundfläche) zu basteln, markierst du dir mit Bleistift und Lineal zwei Faltkanten parallel zur langen Seite des Rechtecks. Die erste Faltkante hat den Abstand \(\frac{1}{3}\cdot b\) vom unteren Rand, die zweite den Abstand \(\frac{1}{3}\cdot b\).

    Nun beklebst du eine Seite des Tonpapiers komplett mit der Spiegelfolie, faltest das Papier entlang der Faltkanten mit der Spiegelfolie nach innen und klebst die Dreieckssäule mit der Klebelasche zusammen. Evtl. hilft hier auch etwas Tesafilm.

    Jetzt muss die Dreieckssäule in die Küchenrolle. Dazu die Küchenrolle einmal längs aufschneiden, Dreieckssäule rein und mit Tesa fixieren.

    Nun schneidest du noch aus dem schwarzen Tonpapier vier Kreise aus, die vorne und hinten genau auf die Küchenrolle passen. In die zwei der Kreise schneidest du noch ein kreisrundes Loch mit einem Radius von \(2\,\rm{cm}\), in die anderen beiden ein Loch mit einem Radius von \(1\,\rm{cm}\). Hier hilft dir der Zirkel.

    Jeweils zwischen die beiden Kreisringe mit gleich großem Innenloch klebst du nun möglichst glatt Frischhaltefolie, sodass du durch diese wie durch ein Fenster durchschauen kannst. Jetzt füllst du ein paar bunte Perlen oder Plastikplättchen in das Innere der Dreieckssäule und verschließt beide Enden, indem du die beiden Kreisringe oben und unten an der Küchenrolle befestigst.

    Jetzt ist das Perlen-Kaleidoskop.fertig und du kannst durch die größere Öffnung in dein Kaleidoskop schauen und viele bunte Bilder bestaunen.

    Großes Demonstrationskaleidoskop

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    Abb. 1 Zwischen drei Spiegeln entstehen fantastische Welten.

    Benötigtes Gerät

    • 3 Spiegelkacheln mit Doppelklebeband an Vierkantholz befestigen und als dreiseitiges offenes Prisma mit gleichseitigem Dreieck als Grundfläche gegeneinander stellen (siehe Foto).
    • Einige wenige Körper

    Arbeitsauftrag

    • Stelle drei Spiegelkachel im 60°- Winkel zu einem oben offen dreiseitigen Prisma auf.
    • Stelle ein paar bunte Körper in das Innere des Prismas.
    • Schau direkt von oben (möglichst nahe über den Spiegeln) in das Innere und betrachte die diversen Spiegelbilder.
    • Versuche deine Beobachtungen kurz schriftlich festzuhalten.

     

    Reflektoren

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    Abb. 1 Die Reflektoren nutzen das Reflexionsgesetz um Licht möglichst vollständig zurück zu strahlen
    Benötigtes Gerät

    • Diverse Reflektoren.
    • Taschenlampe und/oder Laserpointer (Vorsicht! nicht in den Strahl schauen!)
    • verdunkelbarer Raum, weiße Wand

    Arbeitsaufträge

    • Stelle die Reflektoren vor die Wand, und zwar mit der reflektierenden Seite zur Wand.
    • Bestrahle die Reflektoren mit der Taschenlampe und/oder dem Laserpointer von der Wandseite her und beobachte den Reflex an der Wand.
    • Verändere die Position des Reflektors und der Lampe und beobachte die Auswirkungen auf den Reflex.
    • Halte die Ergebnisse der Versuche kurz schriftlich fest.