Hands-on Science Crafts: Application and Understanding

Tischplanetarium

Diese Art der klassischen Armillarsphäre wird bereits seit über 2.000 Jahren als Standardinstrument für die beobachterzentrierte Astronomie verwendet. Mit dem Tischplanetarium lassen sich die Bewegungen von Sonne, Mond, Planeten und Sternen über und unter dem Horizont zeigen und verständlich machen; dies für jeden Tag des Jahres und für jeden Ort der Erde.

So funktioniert’s
Der Meridian ist vom Nord- bis zum Südpol auf alle Breitengrade einstellbar. Die Ekliptik zeigt alle Jahrespositionen der Sonne, mit Datums- und Gradskala und den Bereichen der Tierkreis-Sternbilder und -zeichen. Der Stundenring ist versehen mit den Anzeigen der wahren Ortszeit, der Tages- und Nachtlängen sowie der Dämmerungszeiten. Entlang der beweglichen Mondbahn erkennt man die wandernden Knoten und die Bereiche, in denen Sonnen- und Mondfinsternisse stattfinden. Die Planetenkugeln sind zudem beliebig verschiebbar.

Eine bebilderte Bastelanleitung finden Sie hier.

Masse des gebauten Artikels: Höhe ca. 35 cm, Ø Horizontring ca. 33 cm

Anforderung: Anspruchsvoll, Dauer: ca. 2,5 Stunden

Die Lebende Sonnenuhr

Die grosse Bodensonnenuhr wird mit Farbe auf einen geeigneten Platz aufgebracht, z. B. einen Schulhof. Sie wird individuell auf Ihren Ort berechnet und misst ca. 500 x 700 cm.

Der Schattenstab für diese Sonnenuhr ist der Betrachter selbst. Dazu stellt man sich in die Mitte der Datumslinie und kann dann am eigenen Schatten die Uhrzeit (MEZ) auf ca. 3 Minuten genau ablesen.

Der Bausatz beinhaltet speziell berechneten Massangaben und Skizzen für die Stunden- und Halbstundenpunkte und die Datumsleiste. Eine ausführliche Anleitung zum Einmessen und Aufmalen, sowie einige Beispielfotos liegen bei.

Bitte geben Sie bei Ihrer Bestellung Postleitzahl, Orts- und Strassennamen an, für die die Lebende Sonnenuhr berechnet werden soll, oder falls bekannt auch die geografischen Koordinaten.

Anspruch: Mittel, Dauer: 2,5 Stunden

Johannes Keplers Weltgeheimnis

Das Planetenmodell aus dem Mysterium Cosmographicum von 1595 ist der erste Schritt zu den Gesetzen der Planetenbahnen.

Astro-Didaktik macht's möglich
Mit diesem Modell ist nun ein Kartonbausatz verfügbar, der Johanes Kepler sicherlich Freude gemacht hätte. Es unterscheidet sich konstruktionsbedingt in einigen wenigen Punkten vom Originalstich von 1596: Die Kugelschalen zwischen den Platonischen Körpern sind nur durch Kreislinien angedeutet, damit das Modell durchsichtig bleibt, die Planetenbahnen sind nicht ganz so breit ausgeführt wie bei Kepler, und die Grösse des Modells ist so gehalten, dass es im Bücherregal oder auf dem Schreibtisch Platz findet.

Astronom wider Willen
Eigentlich wäre Johannes Kepler lieber Theologe geworden, doch dann wurde der junge Mathematiklehrer wider Willen zum grössten Astronom der Neuzeit. Seine Idee für einen Weltenbauplan machte Kepler im Jahre 1596 schlagartig berühmt: Er schaltete die fünf Platonischen Körper so als Abstandshalter zwischen die Planetenbahnen, dass deren Grösse nach damaligem Wissensstand hinreichend genau erklärbar wurde. Seinem Buch fügte er den berühmten Kupferstich bei, der noch heute jede Geschichte der Astronomie ziert. Das Modell ist jedoch nie gebaut worden, abgesehen von wenigen Ausstellungsstücken wie dem im Planetarium des Deutschen Museums in München.

Keplers Idee und ihre Umsetzung
Zu jedem der 5 Platonischen Körper kann man zwei genau definierte Kugeln bestimmen: Die sogenannte Umkugel, in die der Körper exakt hineinpasst, so dass seine Ecken die Kugel berühren, und die sogenannte Inkugel, die genau in den Körper hinein passt, so dass sie die Mitten der Flächen berührt, aus denen der Körper gebildet ist. Johannes Keplers geniale Idee bestand nun darin, die 5 Platonischen Körper in einer ganz bestimmten Reihenfolge so ineinander zu schachteln, dass immer die Umkugel eines Körpers genau so gross ist wie die Inkugel des nächst grösseren Körpers. So ergeben sich genau definierte Grössen- und Abstandsverhältnisse der 5 Platonischen Körper wie auch der 6 ihnen ein- und umgeschriebenen Kugeln. Denkt man sich nun die Bahnen der Planeten auf diesen Kugeln verlaufend, erhält man ihre Grössenverhältnisse und damit die Abstände zueinander.

Einen ausführlichen bebilderten Baubericht finden Sie hier.


Anspruch: Mittel, Dauer: 2 Stunden

Digitale Sonnenuhr

Kartonbausatz für eine Projektions-Sonnenuhr

Die Sonne ist der einfachste und natürlichste Zeitgeber, den wir kennen. Die Zeit wird dabei an der Schattenlänge oder der Schattenrichtung abgelesen.

Der Schattenwerfer (Gnomon) kann die unterschiedlichste Form haben: ein Stab, ein Faden, ein riesiger Obelisk oder die Gestalt des Menschen selber, der die Zeit am eigenen Schatten abliest.

Die digitale Sonnenuhr zeigt sowohl die Sonnenzeit, als auch die normale Uhrzeit (MEZ) und sogar Sommerzeit (MESZ) an. Die Ziffern werden dabei von der Sonne auf ein Ablesefeld projiziert. Und deshalb darf man mit einem kleinen Augenzwinkern sagen, dass dieser Solar-Chronometer, der Inbegriff der analogen Zeitanzeige, im digitalen Zeitalter angekommen ist. Mit einer Ablesegenauigkeit von 5 Minuten gehört sie zu den genauesten Sonnenuhren der Welt. Universell einstellbar auf alle Orte zwischen Oslo und Kairo.

Masse des gebauten Artikels: ca. 19 x 12 x 12 cm (B/T/H)

Anforderung: Mittel, Dauer: ca. 2 Stunden

Ring-Sonnenuhr

Man nennt sie auch die Königin der Sonnenuhren.

Schon lange vor der heutigen Armbanduhr, schätzten die Menschen tragbare Zeitmesser. Sie verwendeten dazu eine ringförmige Sonnenuhr, die sie an einer Halskette trugen.

Diese Ring-Sonnenuhr ist wohl etwas zu gross zum Umhängen, ein Schmuckstück ist sie allemal. Man kann an ihr die wahre Sonnenzeit an jedem Ort der Erde ablesen, sofern man die geographische Breite des Ortes, den Monat und den Tag kennt. Die Ring-Sonnenuhr nordet sich von selbst ein. Das einzige, das man berücksichtigen muss, ist ob es Vor- oder Nachmittag ist.

So funktioniert’s
Die drehbare Aufhängung zeigt mit ihrer Ablesemarke die Position des Zenits (Z) an, der sich senkrecht über dem Betrachter befindet. Auf der gegenüberliegenden Seit ist der Nadir (N), der tiefste Punkt auf der für uns unsichtbaren Hälfte der Himmelskugel.

Der Meridianring gibt die Lage der Mittagslinie an, auf der die Sonne ihren höchsten Stand hat.

Der Stundenring zeigt die Position des Himmelsäquators an, in deren Mitte jeweils Himmelsnord- und -südpol liegen. Die Sonnenstand-Skala weist mit ihren beiden Enden in deren Richtungen und hat eine verschiebbare Lochblende. Mit dieser kann ein winziges Bild der Sonne auf die Innenkante des Stundenrings projiziert werden. Dort kann die Zeit abgelesen werden. Die Position der Sonne auf der Skala zeigt die unterschiedlichen Deklinationen der Sonne ja nach Jahreszeit an.

Abmessung des Modells: 17,5 x 14,5 x 12 cm (H/B/T), flach zusammenklappbar

Anspruch: Mittel, Dauer: ca. 2 Stunden

Tischplanetarium inklusive 18 Buchschrauben

Kartonbausatz für eine klassische Armillarsphäre.

Diese Art der klassischen Armillarsphäre wird bereits seit über 2.000 Jahren als Standardinstrument für die beobachterzentrierte Astronomie verwendet. Mit dem Tischplanetarium lassen sich die Bewegungen von Sonne, Mond, Planeten und Sternen über und unter dem Horizont zeigen und verständlich machen und zwar für jeden Tag des Jahres und für jeden Ort der Erde.

So funktioniert’s
Der Meridian ist vom Nord- bis zum Südpol auf alle Breitengrade einstellbar. Die Ekliptik zeigt alle Jahrespositionen der Sonne, mit Datums- und Gradskala und den Bereichen der Tierkreis-Sternbilder und -zeichen. Der Stundenring ist versehen mit den Anzeigen der wahren Ortszeit, der Tages- und Nachtlängen sowie der Dämmerungszeiten. Entlang der beweglichen Mondbahn erkennt man die wandernden Knoten und die Bereiche, in denen Sonnen- und Mondfinsternisse stattfinden. Die Planetenkugeln sind zudem beliebig verschiebbar.

Eine bebilderte Bastelanleitung finden Sie hier.

Abmessung des Modells: Höhe ca. 35 cm, Ø Horizontring ca. 33 cm

Anforderung: Anspruchsvoll, Dauer: ca. 3 Stunden

Grosse Sternenuhr

Kartonbausatz für eine Sternenuhr, mit der sich die Zeit anhand des Sternenhimmels ablesen lässt. Inklusive Seemanns-Astrolabium.

Wie wurde, bevor es Uhren gab, nachts die Zeit bestimmt? Vor rund 500 Jahren wurde dazu die Sternenuhr erfunden. Diese basiert darauf, dass das Sternbild Grosser Wagen den Polarstern in 23 Stunden und 56 Minuten einmal umkreist.

Um die Differenz von 4 Minuten, im Vergleich zu einem ganzen Tag, auszugleichen, wird die Sternenuhr auf des aktuelle Tagesdatum eingestellt. Nun zeigt sie mit erstaunlicher Genauigkeitv die Ortszeit an. Falls zu wenig Licht zum Ablesen vorhanden ist, kann man die Zeit sogar mit den Fingerspitzen ertasten.

Auf der Rückseite der Grossen Sonnenuhr befindet sich ein Seemanns-Astrolabium zur Höhenbestimmung von Sonne, Sternen und Landmarken.

So funktioniert's
Drehen Sie die Datumsscheibe so lange, bis das Tagesdatum im Ablesefenster über der Pfeilmarkierung steht. Suchen Sie das Sternbild Grosser Wagen und von dort den Polarstern.

Halten Sie die Sternenuhr so, dass der Griff senkrecht nach unten zeigt. Peilen Sie mit halb angewinkeltem Arm den Polarstern durch das Loch in der Achse an.

Der Grosse Wagen auf der Sternenuhr muss jetzt so gerichtet werden, dass er genau wie der Grosse Wagen am Himmel steht. Dazu dreht man den Sternenzeiger, bis seine gerade Kante parallel zu den beiden hinteren Sternen des Wagenkastens ist.

Nun kann im Ablesefenster des Sternenzeigers die Ortszeit abgelesen oder anhand der langen und kurzen Zacken der Stundenscheibe ertastet werden.

Abmessung des Modells: 21 x 23 cm (Ø der Scheibe: 16 cm, plus 5-7 cm Griff)

Anspruch: Mittel, Dauer: ca. 1.5 Stunden

Laterna Magica

Vorgestanzter Kartonbausatz für eine voll funktionstüchtige, batteriebetriebene "Zauberlaterne".

Die Laterna Magica ist die Mutter all jener visuellen Apparate und Medien, die aus unserer heutigen Welt nicht mehr weg zu denken sind. Schon Leonardo da Vinci soll mit projizierten Bildern experimentiert haben, aber als ihr eigentlicher Erfinder gilt der holländische Physiker Christian Huygens. Er konstruierte 1659 einen Apparat, mit dem Bilder, die auf eine Glasplatte gemalt waren, mit Hilfe einer Öllampe projiziert werden konnten.

Vom 17. Jahrhundert bis zum Beginn des Kinozeitalters hat die Laterna Magica in Jahrmarktsbuden, Salons oder Kinderzimmern einen ungeheuer starken Eindruck auf die Zuschauer gemacht. Denn bis zum Siegeszug des Dia- und Filmprojektors im vergangenen Jahrhundert war die "Zauberlaterne" die einzige Möglichkeit stehende oder bewegte Bilder zu projizieren. An ihrem Konstruktionsprinzip hat sich seither nichts geändert.

Diashow wie anno dazumal
Sie haben mehrere Möglichkeiten Bilder mit der Laterna Magica zu projizieren. Grundlage ist immer eine in Streifen geschnittene Folie. Jedem Exemplar der Laterna Magica liegt ein Streifen mit Beispielbildern sowie eine Blankofolie bei. Letztere können Sie selbst bemalen oder mit Hilfe eines Tintenstrahldruckers bedrucken.

Abmessung des Modells: 13 x 28 x 23cm (B/T/H)
Anforderung: Mittelschwer, Basteldauer: ca. 4 Stunden

Regiomontanus-Sonnenuhr

Kartonbausatz für eine Universal-Sonnenuhr zum Messen der Wahren Sonnenzeit zwischen Oslo und Kairo.

Diese Sonnenuhr wurde bereits im 15. Jahrhundert von Johannes Regiomontanus, dem berühmten Astronomen und Mathematiker aus Königsberg in Unterfranken erfunden. Er war bekannt dafür, auf ein schwieriges Problem mit einer genialen Lösung zu antworten.

Vom Typ her ist der Solarchronometer eine Höhensonnenuhr. Diese haben jedoch den Nachteil, dass sie für eine bestimmte geografische Breite konstruiert sind und weiter südlich oder nördlich immer ungenauer werden. Mit der Sonnenuhr von Regiomontanus lässt sich mit Hilfe eines beweglichen Zeigers und eines Lotfadens die Ortszeit für alle geografischen Breiten zwischen Oslo und Kairo (30° und 60° Breite) bestimmen.

Wie funktioniert's
Die waagrechte Linie suchen, die der geographischen Breite Ihres Ortes entspricht.
Das Tagesdatum in der oberen Datumsskala suchen und die Linie nach unten verfolgen, bis zum Schnittpunkt von Datums- und Breitenlinie. Die Zeigerspitze darauf setzen und dort festhalten.
Nun auf der rechten Datumsleiste das Tagesdatum suchen und den Lotfaden so spannen, dass er die 12-Uhr-Linie des Tagesdatums kreuzt.
Das Kügelchen auf den Kreuzungspunkt von 12-Uhr-Linie und Datumslinie verschieben.
Die Tafel senkrecht halten und drehen und schwenken bis die Lochblende auf die Sonne gerichtet ist und das Licht der Sonne die sternförmige Blende genau im Zentrum der Zielscheibe abbildet.
Die aktuelle Ortszeit an der Position des Kügelchens ablesen.

Anspruch: Mittel Dauer: ca. 2,0 Stunden

Sonnenprojektor

Vorgestanzter Kartonbausatz für ein Projektionsgerät zur gefahrlosen Beobachtung der Sonne.

Der Sonnenprojektor ist auf dem Prinzip der Camera Obscura („Lochkamera“), aufgebaut. Mit der Camera Obscura wurden schon im 11. Jahrhundert Sonnenfinsternisse beobachtet. Das Licht fällt durch eine kleine Öffnung in eine abgedunkelte Kammer. Auf der Seite gegenüberliegenden der Öffnung erzeugt es ein auf dem Kopf stehendes Abbild der Aussenwelt.

Mit dem Sonnenprojektor können mehrere Personen gleichzeitig völlig gefahrlos Sonnenflecken, Planetentransits und Finsternisse beobachten. Da der Blick dank einer raffinierten Optik nur auf ein projiziertes Bild der Sonne fällt, wird kein Sonnenfilter benötigt.

Statt einer einfachen Öffnung hat der Sonnen-Projektor eine Linse und einen Konvexspiegel. Diese wirken zusammen wie ein galileisches Teleskop und erzeugen eine starke Vergrösserung. Ein Planspiegel lenkt das Bild in eine bequeme Beobachtungsposition um.

Die Optik besteht aus:

 

• einem zweilinsigen Glas-Achromaten mit 30 mm Durchmesser und 250 mm Brennweite; dieser kann in fünf Stufen bis auf 12 mm abgeblendet werden


• einer Wechseloptik mit 2 Konvexspiegeln mit -10 bzw. -14 mm Brennweite


• einem Planspiegel aus Acrylglas


• Der Sonnenprojektor ist sehr einfach zu bedienen: Er sitzt auf einem Dobson-Sockel und kann auf jede Höhe zwischen 0° und 90° eingestellt werden. Mit den zwei integrierten Quadranten kann die Sonnenhöhe bestimmt werden. Die Grösse des Sonnenbildes beträgt wahlweise 75 oder 55 mm und kann bequem im rechten Winkel zum einfallenden Sonnenlicht betrachtet werden - sehr praktisch bei hohem Sonnenstand!
  
  Eine bebilderte Bastelanleitung finden Sie hier.
  
  Abmessung des Modells: ca. 18,5 x 26,5 x 25 cm (B/T/H)
  
  Anforderung: Mittel, Dauer: ca. 2 Stunden

 

Stirlingmotor

Das revolutionäre Konzept dieses Heissluftmotors wurde schon 1816 von dem schottischen Pfarrer Robert Stirling erfunden. Voll funktionstüchtig, läuft es bis 20 Minuten auf einer Tasse Kaffee.

Das Prinzip ist so genial wie einfach
In einem abgedichteten, an seiner Unterseite beheizten Zylinder schiebt ein Kolben die eingeschlossene Luft zwischen der heissen und der kalten Seite hin und her. Die Luft dehnt sich dabei jedes Mal aus und zieht sich wieder zusammen, und das wird über einen Arbeitskolben und eine Kurbelwelle in eine Drehbewegung umgesetzt. Als Energiequelle dient jede beliebige Wärme- oder Kältequelle, mit der sich eine Temperaturdifferenz erzeugen lässt – vom offenen Feuer über Solarenergie bis zu sonst ungenutzter Wärme oder Kälte.

Tipp: Setzen Sie den Stirlingmotor auf eine Tasse mit kochend heissem Kaffee (Tee oder Wasser tun es natürlich auch), geben Sie dem Schwungrad einen kleinen Schubs nach links, und der genügsame Apparat beginnt leise zu stampfen – bis zu einer Stunde lang! Das ist aber noch nicht alles: Setzen Sie ihn auf eine Kaltkompresse oder einen Kühlakku aus dem Gefrierschrank und werfen Sie das Schwungrad nach rechts an. Hier stampft er sogar noch länger.

Einen ausführlichen bebilderten Baubericht finden Sie hier.

Grösse des gebauten Artikels: ca. 16,5 x 12,6 x 12,6 cm (H/B/T)
Anforderung: Anspruchsvoll, Basteldauer: ca. 3 Stunden

Kopernikus-Planetarium

Dieser Kartonbausatz für ein mechanisches Planetenmodell zeigt die Bewegungen der inneren Planeten Merkur und Venus sowie des Mondes und der Erde. Die Erde dreht sich um ihre schräg stehende und immer gleich ausgerichtete Achse.

Eine Kurbelumdrehung entspricht einer Woche und löst sechs verschiedenen, synchronen Bewegungen der Gestirne aus: die Wanderung der drei Planeten um die Sonne, den Umlauf des Mondes um die Erde, die Erddrehung um die eigene Achse und die raumfeste Ausrichtung der Erdachse, die stets zum Polarstern zeigt.

Mit dem Modell lässt sich demonstrieren: die verschiedenen Konjunktionen von Merkur und Venus, die Wanderung der Sonne durch den Tierkreis, der Wechsel von Tag und Nacht und der Wechsel der Jahreszeiten, die Entstehung der Mond- und Venusphasen und der Finsternisse.

Die Sonne mit heller LED-Beleuchtung zeigt im dunklen Raum nicht nur den Wechsel der Jahreszeiten, sondern auch das Entstehen der Mondphasen, der Finsternisse und die Sichelphasen der Venus.

Einen bebilderten Baubericht finden Sie hier.

Anspruch: Anspruchsvoll, Dauer: ca. 3,0 Stunden