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Experimente mit Digitalkamera und Kreisel 24.1.2024 Bestimmt haben auch Sie eine Digitalkamera oder ein Smartphone. Damit können Sie nicht nur schöne Bilder und Videos aufnehmen, sondern auch Dinge sichtbar machen, die man mit dem Auge nicht sieht.
Kommen Sie hinter eines der spannendsten Geheimnisse der Physik: weshalb kippt eine rotierender Kreisel nicht um? Er steht magisch auf seiner Spitze und vollführt eine Präzession: er taumelt langsam und stetig um die Vertikale. Wir untersuchen das an einem selbstgemachten Tischkreisel. Aber auch ein käuflicher Kinderkreisel läßt sich "stroboskopisch" aufrüsten. |
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Der Blick durch die Kamera
Der rotierende Kreisel vor der laufenden Kamera. Die sonderbaren Muster auf dem Kreisel stehen im Kamerabild ab und zu still. Dann weiß man, wie schnell der Kreisel gerade rotiert. Meine Kamera hat eine Bildrate von 25 Frames pro Sekunde. |
Meine Tischkreisel
Aus runden Metallstäben und Stahlscheiben habe ich mir an einer Drehbank mehrere Tischkreisel angefertigt. Es sind ja nur zwei Teile, die ineinandergesteckt werden. Zum Anwerfen nimmt man die Achse eines solchen Kreisel zwischen die Handflächen und zieht sie mit Schwung gegeneinander ab. Am längsten läuft ein Kreisel auf einer harten, glatten Unterlage, zum Beispiel auf Bodenfliessen. Den ganz kleinen Kreisel kann man mit zwei Fingern anwerfen. |
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Videoaufnahmen vom präzedierenden Kreisel
Ein Tipp: die Aufnahmen habe ich bei Tageslicht gemacht. Kunstlicht flimmert oft mit 50 oder 100 Hz, was den Stroboskopeffekt überlagert. |
Zum E-Report
In den E-Reports finden Sie weitere Einzelheiten und Tipps zum Tischkreisel, meine Versuchsergebnisse und die physikalische Erklärung der Kreiselpräzession. Und eine ganze Reihe weiterer Versuchsberichte... |
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Die Stroboskopscheibe
... besteht aus mehreren ineinanderliegenden Kreisringen, die jeweils abwechselnd in helle und dunkle Sektoren unterteilt sind. Der innere Ring hat zwei, der äußere acht helle und dunkle Sektoren. Diese Scheibe können Sie ausgedrucken und auf den Kreisel kleben. |
Die optimale Kreiselspitze
Der Tischkreisels sollte unten keinesfalls "spitz" sein, sondern rund und vollkommen zentrisch auslaufen. Eine scharfe Spitze bohrt sich nämlich in die Unterlage ein, gerade bei einem schweren Kreisel (der große Kreisel oben wiegt 660 g)! Auf einer verrundeten Spitze kann der Kreisel dagegen auf der Unterlage leicht abrollen. Das verursacht weniger Reibung. Der Kreisel läuft dann um so länger. Ich habe die Kreiselachse dazu in eine Drehbank eingespannt und mit Drehmeisel und Stahlfeile in die Form ein Halbkugel gebracht. Darauf wird im E-Report (s.o.) ganz genau eingegangen. |
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Der Stroboskopeffekt im Allgemeinen
Wie reagiert die Kamera auf den Stroboskop-Effekt im Allgemeinen? Um das zu testen, eignet sich zum Beispiel dieser selbstgebaute Frequenzgenerator. Er kann präzise Wechselspannungen in genau jenem Frequenzbereich erzeugen, die den typischen Bildraten von Videokameras und Smartphones entspricht. Über eine Treiberschaltung steuert er eine Leuchtdiode an. Richten Sie die Kamera auf die LED und betätigen Sie die Aufnahmetaste. Jetzt variieren Sie die Frequenz. Wenn Frequenz und Bildrate gleich sind, dann scheint die LED ständig entweder an oder aus zu sein. So können sie die Bildrate Ihrer Kamera ganz genau messen! |
Die Schaltung des Ministroboskops
Mein Schaltplan für das Mini-Stroboskop. Es besteht aus einen gewöhnlichen Transistor (BC 107, BC 547 o.ä.), zwei Widerständen von 1 und 4,7 kΩ. Dazu eine Batterie oder ein Netzgerät für ungefähr 9 Volt sowie eine weiße LED. Steckbrett-Aufbau genügt. Ich verwende mein Stecksystem aus dem Röhrenbaukasten. Stellen Sie den Frequenzgenerator auf "Rechteck" und regeln Sie die Ausgangsspannung so ein, dass die LED hell blinkt. |
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Zurück zum Anfang Hans Martin Sauer, 2024 |
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