Aktivitäten für die Klasse
| Autorin: | |
| Publikation: | 9.11.2005 |
| Übersicht: | Es werden eine Mondfinsternis und die Entstehung des Halbschattens nachgestellt. |
| Ziele: |
|
| Herkunft: | La main à la pâte, Paris |
Die Kinder den in der ersten Unterrichtsstunde beschriebenen Versuch machen zu lassen, ist spannend. Aber noch besser ist es, sie in einem verdunkelten Raum an einer spektakuläreren Simulation teilhaben zu lassen: Hierzu ist nur einfaches Material notwendig und zwar dasselbe, das weiter oben beschrieben wurde, um die Mondphasen zu simulieren. Auf einem Schülertisch wird der "Erd"-Ball auf einem Zylinder aus Bristolpapier positioniert. Die Lichtquelle befindet sich auf gleicher Höhe, um ihn direkt anzuleuchten.
Die Kinder setzen sich in zwei Gruppen hinter den "Erd"-Ball, wie in Abbildung 6, mit Blickrichtung zur Wand. Sobald die Lichtquelle leuchtet, werden sie selbstverständlich sehen, wie der Schatten des Balls auf die Wand geworfen wird (neben anderen Schatten, die in der Abbildung nicht zu sehen sind). Schon hier sei angemerkt, dass der Kegel des Halbschattens im Allgemeinen nicht erkennbar ist (aus verschiedenen Gründen), sodass die Halbschatten-Finsternis erst später nachgestellt wird.
A Eine Finsternis simulieren
Abb. 1
Vorbereitende Simulation
Ziel der Simulation ist es zu zeigen, dass der Schattenbereich hinter dem "Erd"-Ball auch anders nachgewiesen werden kann als durch seine Projektion auf die Wand, und dass er dreidimensional ist. Den Kindern wird bei dieser Gelegenheit bewusst werden, dass ein Schatten keine materielle Beschaffenheit hat: Schatten bedeutet Abwesenheit von Licht. Er ist außerdem hinter dem beleuchteten Gegenstand nicht erkennbar. Damit man ihn "sieht", muss er auf einen Widerstand treffen.
Der/die Lehrer/in stellt sich neben die Schüler/innen und hinter den Ball. Er/sie hält seine geöffnete Hand in den Lichtschein und bewegt sie dann langsam, sodass sie sich verdunkelt, sobald der Ball das Licht abschirmt. Die Zuschauer/innen werden sofort folgendes bemerken: "Der Schatten der Hand tritt auf der Wand in den Schatten des Balls ein und verbirgt sich in ihm!" Der/die Lehrer/in wiederholt den Vorgang, aber jedes Mal von einer anderen Stelle aus, damit die Grenzen des Schattenbereichs sowohl in der Breite wie in der Höhe erkennbar werden, und sich der Schatten selbstverständlich auch in der Tiefe erstreckt. Die Kinder entdecken, dass er eine zylindrische oder eher kegelförmige Gestalt besitzt, da der Schatten, der auf die Wand geworfen wird, größer ist als der Ball. Im Vorübergehen erklärt der/die Lehrer/in, dass der Schattenkegel unseres Planeten im Gegenteil dazu immer kleiner wird, je weiter er von der Erde entfernt ist, bis er in einem Punkt endet, was daran liegt, dass die Sonne sehr viel größer ist als die Erde (während es hier genau anders herum ist).
Simulation ohne Finsternis
Der/die Lehrer/in nimmt den "Mond"-Ball und lässt ihn – gegen den Uhrzeigersinn – um den "Erd"-Ball kreisen. Er/sie achtet zunächst darauf, dass er ein wenig oberhalb des Schattenkegels vorbeizieht. Die Kinder stellen etwas enttäuscht fest: "Er ist nicht dunkel geworden, weil du ihn zu hoch hast vorbeiziehen lassen!" Der/die Lehrer/in rechtfertigt die Wahl dieser Bahn, indem er/sie darauf hinweist, dass es sich dabei um die übliche Mondbahn handelt, die nur bei seltenen Gelegenheiten anders verläuft, was er/sie nun zeigen wird.
Simulation mit totaler Finsternis
Wieder beginnt der "Mond"-Ball mit einer neuen Runde, diesmal jedoch lässt ihn der/die Lehrer/in mitten durch den Schattenkegel ziehen. Entzückt rufen die Kinder: "Jetzt, jetzt geht er aus! Aber er wird wieder angehen, wenn er aus dem Schatten heraustritt!" Nachdem der/die Lehrer/in den Zuschauer/inne/n die korrekte Wortwahl für ihre Kommentare mitgeteilt hat ("Der Ball verfinstert sich und wird dann wieder beleuchtet."), führt er/sie zwei oder drei zusätzliche Umdrehungen durch, um folgendes zu erläutern: Unmittelbar vor der Finsternis ist der ganze Ball beleuchtet, es ist also Vollmond. Die totale Finsternis dauert mehr oder weniger lange, je nach Strecke, die im Schattenbereich durchlaufen wird. Sie kann von jeder Stelle auf der Nachtseite des "Erd"-Balls aus beobachtet werden. Die beiden Bälle und der Projektor liegen auf einer Linie: "Man könnte alle drei auf eine große Gardinenstange aufspießen."
Simulation mit partieller Finsternis
Der/die Lehrer/in führt die Kinder dazu, nach einer weiteren Art zu suchen, den "Mond"-Ball durch den Schattenkegel ziehen zu lassen, nämlich weder völlig außerhalb, noch völlig innerhalb desselben. Er/sie vertraut den "Mond"-Ball einem/einer Schüler/in an, der/die die Lösung finden wird: Der Ball muss genau am Rand des Schattenkegels vorbeiziehen, wobei er leicht in ihn eintritt. Die Zuschauer/innen kommentieren: "Wenn sich der Mond auf dieser Bahn bewegt, wird er immer ein wenig erleuchtet und sieht aus wie ein merkwürdiges Croissant!"
Bleiben wir bei dem "merkwürdigen Croissant": Wenn ein/e Schüler/in aufgefordert wird, wieder eine totale Finsternis nachzustellen (Fotos 1, 2 und 3), indem er/sie den "Mond"-Ball sehr langsam in den Schattenkegel eindringen lässt, werden seine/ihre Klassenkamerad/inn/en sehen, dass der totalen eine partielle Finsternis vorangeht: Am Anfang ist die beleuchtete Seite durch den Schatten nur ein wenig "angefressen" (Foto 2). Einige Kinder werden sich an die Fotos erinnern, die sie in den Unterlagen und Sachbüchern gesehen haben, und ihren Irrtum erkennen. Was eine partielle Mondfinsternis darstellte, hatten sie für einen zu- oder abnehmenden Mond gehalten!
Abb. 2: Fotos 1, 2 und 3
Den Halbschatten simulieren
Wenn die Taschenlampen mit einem ziemlich glatten, möglichst runden Reflektor ausgestattet sind, erlauben es die folgenden Spielchen, den Halbschatten zu entdecken und zwar auf sehr einfache Weise (Abb. 3). Es genügt, jede Lampe auf eine Bank oder einen Tisch zu legen, damit sie einen vor ihr aufgestellten Gegenstand beleuchtet (empfohlen wird ein kleiner Zylinder aus Bristolpapier). In kurzem Abstand wird eine weiße Leinwand (aus Bristolpapier) an die Kante der Bank oder des Tisches befestigt. Auch die Oberfläche von Bank oder Tisch zwischen Lampe und Leinwand sollte weiß sein, sie kann gegebenenfalls einfach mit normalem weißen Papier bedeckt werden. Der/die Lehrer/in führt das folgende Experiment nacheinander drei Gruppen von je zehn Schüler/inne/n vor, die es anschließend nach Belieben wiederholen können.
Den Halbschatten entdecken
Wenn durch den Schein einer Taschenlampe der Schatten des Zylinders auf die Leinwand geworfen wird, erkennen die Kinder zwei unterschiedliche Bereiche: einen dunkelgrauen in der Mitte und einen hellgrauen rundherum. Der/die Lehrer/in erläutert, dass der hellgraue Schatten als "Halbschatten" bezeichnet wird und den eigentlichen Schatten umgibt. Dasselbe sei beim Schatten unseres Planeten der Fall. Dann zeigt er/sie mit einer sehr kleinen Scheibe aus Bristolpapier, dass sich Mondfinsternisse ereignen, die durch den Halbschatten bewirkt werden. Die Kinder stellen fest, dass sich die weiße Farbe der Scheibe nur unwesentlich ändert, wenn sie sich durch den Bereich des Halbschattens oben am Zylinder bewegt (a in Abb. 3). Dringt sie allerdings in den eigentlichen Schattenbereich ein, sieht es ganz anders aus. Sie schließen daraus: "Beim wirklichen Mond muss das genau so sein!"
Abb. 3
Mit dem Halbschatten spielen
Nun lenkt der/die Lehrer/in die Aufmerksamkeit der Schüler/innen auf die Tatsache, dass die beiden Schattenbereiche auch auf dem Tisch hinter dem Zylinder zu sehen sind, der Halbschatten aber unmittelbar am Fuß des Zylinders verschwindet. Er taucht erst langsam auf und wird bis zur Leinwand hin immer größer. Ein Kind wird jetzt damit beauftragt, den Zylinder langsam zur Leinwand zu schieben. Nun rufen seine Kamerad/inn/en, die sich das Wort "Halbschatten" noch nicht merken konnten: "Der hellere Schatten wird immer kleiner und kleiner! Jetzt sieht man ihn überhaupt nicht mehr!" In der Tat bleibt nur noch der "dunkle", mit deutlichen Rändern versehene Schatten sichtbar, wenn der Zylinder unmittelbar vor der Leinwand aus Bristolpapier steht. Der Zylinder geht nun den umgekehrten Weg, bis unmittelbar vor die Lampe und die Zuschauer/innen erleben, wie auf dem Tisch und der Leinwand der Halbschatten eine "Wiedergeburt" erfährt und immer größer wird.
Das Phänomen "durch das kleine Schlüsselloch" beobachten
Der Zylinder kommt wieder in seine Ausgangsposition, etwa in die Mitte zwischen Lampe und Leinwand. Der Halbschatten auf der Leinwand sollte etwa 2 bis 3 cm breit sein. Mit zunehmender Neugier sehen die Kinder, wie der/die Lehrer/in mit einer Stecknadel vier etwa auf einer Linie liegende Löcher in die Leinwand sticht, wie in b in Abb. 3 gezeigt: Das erste Loch liegt im beleuchteten Bereich, die zwei nächsten im Halbschatten, das vierte im Schatten.
Ein/e Schüler/in wird aufgefordert, sich hinter die Leinwand zu begeben und nacheinander in die jedes Loch zu blicken: "Da sehe ich die ganze Lampe, wie sie leuchtet! (Loch 1) Hier sehe ich sie auch, aber sie ist etwas verdeckt! (2). Jetzt sehe ich sie fast gar nicht mehr! (3) Ach, und hier ist es im Loch völlig dunkel! (4)" Das Bristolpapier ist dünn genug, sodass das Licht der Lampe auch auf der Rückseite erkennbar ist, ebenso wie die beiden Schattenbereiche. Alle Kinder werden nun reihum die Aussagen des ersten Kindes überprüfen, vor allem in Bezug auf die Tatsache, dass in den beiden Löchern des Halbschattenbereichs die Lichtquelle teilweise zu sehen ist. Sie werden dadurch begreifen, warum ein Schatten entstehen konnte. Es wird ihnen außerdem logisch erscheinen, dass dieser Schatten heller ist, als wenn alle Lichtstrahlen gestoppt werden.
Zum Abschluss schlägt der/die Lehrer/in folgendes Spiel vor: Die Leinwand aus Bristolpapier wird entfernt und durch eine andere ersetzt. Diese ist von doppelter Stärke und somit lichtundurchlässig, außerdem beweglich mit einem einzigen kleinen Nadelloch in der Mitte. Das Loch ist auf der Zuschauerseite mit einem großen roten Punkt markiert. Ein Kind setzt sich ans Ende der Sitzbank oder des Tisches, hält die Leinwand vor sein Gesicht und bewegt sie leicht hin und her. Aus dem, was es im Loch erkennt, soll es schließen, wo sich das Loch befindet: im beleuchteten Bereich, im Schattenbereich oder im Halbschatten. Die Zuschauer/innen werden die Antwort ganz einfach anhand der Lage des roten Punktes auf der Leinwand überprüfen können. Umgekehrt können sie von ihm verlangen, das Loch ins Licht, in den Schatten oder den Halbschatten zu positionieren.
Material
Taschenlampe, Diaprojektor, Zylinder aus Bristolpapier, "Erd"-Ball (großer Ball) und "Mond"-Ball (kleiner Ball).
