Wie Kaleidoskope funktionieren

Erinnerst du dich an das erste Mal, als dir jemand ein Kaleidoskop überreichte und dich aufforderte, hineinzuschauen? Sie haben vielleicht ein Klappern am anderen Ende der bunten Pappröhre gehört, als Sie sie wie ein Fernglas an Ihr Auge gehoben haben. Vielleicht waren Sie skeptisch, aber als Sie hineinspähten, waren Sie erstaunt über die Farbexplosion und das komplizierte Design am anderen Ende. Egal wie lange Sie mit diesem faszinierenden Gerät gespielt haben oder wie oft Sie das Ende gedreht oder geschüttelt haben, Sie haben nie zweimal genau das gleiche Muster gesehen.

Generationen von Menschen haben in den letzten zwei Jahrhunderten diese Erfahrung geteilt, aber niemand hat jemals identische Bilder gesehen. Vielleicht ist es Teil der Anziehungskraft des Kaleidoskops, dass ein solches Low-Tech-Gerät eine endlose Reihe schöner – manchmal atemberaubender – Kunstwerke schaffen kann. Aber die Kunst dauert nur wenige Augenblicke, bevor sie durch das nächste erstaunliche Bild ersetzt wird.

Das Wort Kaleidoskop kommt aus dem Griechischen und bedeutet „schöne Form zum Sehen“. Einige sind so schön und selten, dass sie als Sammlerstücke geschätzt werden und viel Geld auf den Markt bringen: Eines wurde im Jahr 2000 in einem Auktionshaus für über 75.000 $ verkauft [Quelle: Kohler ].

Entgegen dem, was Sie vielleicht einst dachten, ist es keine Magie, die die schönen Formen des Kaleidoskops erschafft, sondern eine Ansammlung von Spiegeln, Winkeln und gewöhnlichen Objekten, die auf sehr wissenschaftliche Weise arbeiten. Auf der nächsten Seite werden wir das Mysterium hinter diesen Spiegeln und wunderschönen Formen erforschen und wir werden sehen, warum es überhaupt kein Mysterium gibt. In der Tat könnten Sie bald selbst ein Kaleidoskop erstellen, um Ihre Freunde zu überraschen und zu erfreuen.

1. Kaleidoskope erklärt
2. Geschichte der Kaleidoskope
3. Arten der Kaleidoskopkonstruktion
4. Machen Sie Ihr eigenes Kaleidoskop

Auf der einfachsten Ebene besteht ein Kaleidoskop aus zwei oder mehr Spiegeln oder reflektierenden Oberflächen, die in einem Winkel zueinander positioniert sind und normalerweise eine V-Form oder ein Dreieck bilden. Ein Röhrengehäuse – das oft wie ein Fernglas aussieht – ist der Körper, der die Spiegelbaugruppe umgibt. An einem Ende der Spiegel ist eine Sammlung von Objekten positioniert, und am anderen Ende befindet sich ein Augenloch.

Was Sie sehen, wenn Sie durch dieses Augenloch schauen, wird niemals zweimal genau dasselbe sein! Während der Behälter, der die Objekte enthält, normalerweise so groß wie - oder größer als - die Kaleidoskopröhre ist, wird nur der Teil der Objekte reflektiert, der in den Raum des Dreiecks innerhalb des Objekthalters fällt.

Stellen Sie sich eine in Keilscheiben geschnittene Pizza vor. Ein einzelner Schnitt könnte die Objekte darstellen, die in dem V-förmigen oder dreieckigen Bereich eines Kaleidoskops angezeigt werden. Wenn Sie jedoch dieses Stück Pizza zwischen zwei abgewinkelte Spiegel legen, würde das, was Sie sehen würden, fast wie eine ganze Pizza aussehen , die aus zahlreichen Reflexionen dieses einen Stücks nebeneinander besteht.

Die grundlegende Geometrie sagt uns, dass ein Kreis, wie eine komplette Pizza, 360 Grad umgibt. Jedes Pizzastück oder Dreieck im Kaleidoskop ist ein Teil davon. Je dicker der Keil, desto breiter ist der Winkel an seiner Spitze; Je dünner der Keil, desto kleiner der Winkel. Die Größe des Winkels bestimmt, wie oft diese Scheibe reflektiert wird. Wenn Ihr Stück beispielsweise ein Viertel der gesamten Pizza ausmacht, beträgt der Winkel 90 Grad. In einem Kaleidoskop mit zwei Spiegeln erscheint dieses Pizzastück viermal im Bild am Ende des Kaleidoskops. Wenn die Scheibe halb so groß ist – ein Winkel von 45 Grad – wird sie achtmal im Bild reflektiert [Quelle: Kohler ]. Je kleiner das Slice, desto öfter erscheint es.

Glücklicherweise ist das Bild im durchschnittlichen Kaleidoskop viel interessanter als Pizza. Selbst die einfachste Sammlung gewöhnlicher Knöpfe, Perlen oder Glasstücke verwandelt sich in ein kompliziertes und schönes Design, wenn ein Kaleidoskop seine Arbeit verrichtet. Dies ist zum Teil auf das Prinzip der Symmetrie zurückzuführen. Wenn Sie eine Linie durch die Mitte eines symmetrischen Objekts ziehen, sind die Hälften auf beiden Seiten der Linie gleich. Üblicherweise würde man sagen, dass sie Spiegelbilder voneinander sind. In einem Kaleidoskop ist jedes wiederholte Bild in Bezug auf das daneben liegende Bild symmetrisch. Je präziser die Spiegel oder reflektierenden Flächen zusammengefügt werden, desto präziser werden die resultierenden symmetrischen Bilder.

In einem Kaleidoskop mit zwei Spiegeln hat ein 30-Grad-Keil 11 Reflexionen [Quelle: Staub ]. Wenn sich der ursprüngliche Keil ganz oben befindet (bei 12 Uhr auf einem Zifferblatt), sind die Reflexionen rechts und links davon (11 Uhr und 1 Uhr) die ersten Reflexionen des ursprünglichen Bildes. Angesichts der Art und Weise, wie Licht auf einen Spiegel trifft und im gleichen Winkel reflektiert wird, würde eine blaue Perle, die am rechten Rand des ursprünglichen Keils platziert ist, an der gleichen Position am linken Rand des ersten Satzes von Reflexionen erscheinen. Die Reflexionen bei 10 Uhr und 2 Uhr sind die zweite Reihe von Reflexionen; die blaue Perle erscheint an den rechten Rändern dieser Keile.

Die dritte Reihe von Reflexionen (9 Uhr und 3 Uhr) zeigt die blaue Perlenrückseite am linken Rand. Die blaue Perle erscheint am rechten Rand in der vierten Reihe von Reflexionen (8 Uhr und 4 Uhr). Und es erscheint an den linken Rändern in der fünften Reihe von Reflexionen (7 Uhr und 5 Uhr). Die Schlussspiegelung (6 Uhr) zeigt die Perle noch einmal am rechten Rand. Die Art und Weise, wie sich die Objektreflexionen von einer Seite zur anderen bewegen und sich in diesem symmetrischen Tanz mit anderen kombinieren, bilden die Muster, die Kaleidoskope so entzückend machen.

Die Zwei-Spiegel-Konstruktion erzeugt ein Design aus Keilreflexionen, die 360 ​​Grad mit schwarzem Hintergrund ausfüllen. Drei oder mehr Spiegel ergeben ein Design, das den gesamten Raum mit noch komplizierteren geometrischen Mustern und ihren scheinbar endlosen Reflexionen füllt. Beispielsweise erzeugen drei Spiegel eine Reihe komplexer dreieckiger Reflexionen. Der Spiegelwinkel beeinflusst das Muster.

Da sich die Objekte im Kaleidoskop bewegen – normalerweise nachdem Sie sie geschüttelt oder den Objektbehälter gedreht haben – werden sie nie ein zweites Mal genau gleich angeordnet, und keine zwei Designs werden jemals vollkommen identisch sein.

Möchten Sie wissen, wie dieses geniale Gerät entstanden ist? Dann lesen Sie weiter.

Von einem Winkel berührt

Licht, das von einem Spiegel reflektiert wird, wird oft mit einem springenden Ball verglichen. Stellen Sie sich vor, Sie lassen einen Ball direkt nach unten fallen; es wird direkt auf dich zurückprallen. Wenn Sie den Ball jedoch so werfen, dass er kurz vor Ihnen auf dem Boden auftrifft, prallt er im gleichen Winkel in die entgegengesetzte Richtung vom Boden ab. Licht verhält sich genauso. Mit diesem Prinzip wäre es möglich – wenn man wollte – vorher zu bestimmen, welches Bild angezeigt wird, wenn ein Objekt von einem abgewinkelten Spiegel reflektiert wird.

Beweise zeigen, dass Stücke aus poliertem Obsidian (ein vulkanisches Glas) bereits vor 8.000 Jahren als Spiegel verwendet wurden [Quelle: Henoch ]. Spiegel reflektierten Sonnenlicht oder Feuer in frühen Leuchttürmen , und es gibt Aufzeichnungen über eine mögliche optische Täuschung durch einen alten ägyptischen Magier mit einem Spiegel. Im 17. Jahrhundert wurde der „Spiegelsaal“ – ein reich verzierter Korridor mit 357 Spiegeln – im Schloss von Versailles zu einer Ausstellung französischen Ruhms. Spiegel könnten auch dazu beigetragen haben, Symmetrie bei der Planung von Ziergärten zu erreichen, ein Schritt in Richtung Kaleidoskop.

Zu Beginn des 19. Jahrhunderts war die Bühne für dieses neue Gerät bereitet, das aus Gebrauchsspiegeln Spaß machte. In den frühen 1800er Jahren erforschten Wissenschaftler Konzepte für Licht und Optik, während verbesserte Technologien es der Mittelschicht auch ermöglichten, mehr Zeit und Ressourcen für Freizeitaktivitäten aufzuwenden. Geräte, die als philosophisches Spielzeug bekannt sind, wurden zu einer Form der Unterhaltung, die eine doppelte Aufgabe erfüllte, indem sie wissenschaftliche Fortschritte teilte und gleichzeitig die Massen unterhielt.

Der Schotte Dr. David Brewster war 1816 der erste, der Spiegel und Gegenstände in einer Röhre anordnete und sie Kaleidoskop nannte. Das Gerät war nicht nur ein Spielzeug, sondern auch für Designer und Künstler gedacht, die sich von den schönen Mustern inspirieren ließen, die sie erstellen konnten. Brewster ließ seine Erfindung 1817 patentieren.

Die Kaleidoskop-Technologie machte 1873 ihren nächsten Sprung nach vorne. Damals patentierte der Amerikaner Charles Bush mehrere Verbesserungen. Er fügte einen Ständer hinzu, der zum Transport leicht zerlegt werden konnte, und ein drehbares Rad, um die Vielfalt möglicher Designs zu erweitern. Bushs genialster Fortschritt jedoch waren spezielle Ampullen. Eine Ampulle ist ein kleines, versiegeltes Glasfläschchen, das oft Medikamente enthält. Winzige Ampullen wurden bereits in einigen Kaleidoskopen als Objekte verwendet. Bushs Patent spezifizierte Ampullen mit "zwei oder mehr Flüssigkeiten unterschiedlicher Dichte oder Beschaffenheit oder einer Flüssigkeit mit einem Feststoff oder Feststoffen". Bush schrieb, dass sich die Flüssigkeiten in den Ampullen nicht vermischen können sollten und jede ihre eigene Farbe haben würde. Dies ermöglichte noch kompliziertere Designs [Quelle: Bush ].

Unterhaltung erreichte die High-Tech im Laufe des nächsten Jahrhunderts im großen Stil. Radio , Kino und Fernsehen drängten Kaleidoskope vor allem in Kinderhände. Das heißt, bis eine Ausstellung im Strathmore Hall Arts Center in Maryland im Jahr 1985 mehr als 100 Kaleidoskope umfasste und großes Interesse erregte. Bald folgte die Gründung der Brewster Kaleidoscope Society für Kaleidoskop-Enthusiasten.

Heute zählt die Gesellschaft etwa 125 Kaleidoskop-Künstler zu ihren Mitgliedern. Sie sind damit beschäftigt, die philosophischen Spielzeuge in einzigartige Kunst zu verwandeln. Auf der nächsten Seite werfen wir einen Blick auf die große Auswahl an Materialien und Arten von Kaleidoskopen, die heute erhältlich sind. Sie werden sehen, dass Kaleidoskope in 200 Jahren einen langen Weg zurückgelegt haben.

Philosophisches Spielzeug

Das Kaleidoskop war nicht das einzige philosophische Spielzeug, das die Menschen im 19. Jahrhundert unterhielt und aufklärte. Einige andere enthalten:

• Thaumatrope – Bilder auf den Rückseiten einer Scheibe, die an einer Schnur gesponnen wurden, bis sie wie ein einzelnes Bild aussahen
• Stereoskop – ein Gerät mit zwei Bildern, die bei gemeinsamer Betrachtung eine Tiefenwahrnehmung vermittelten
• Stroboskopscheibe – lieferte eine Reihe von Bildern in schneller Folge
• Zoetrop - ein Zylinder mit Zeichnungen auf der Innenseite, die durch Schlitze auf der gegenüberliegenden Seite betrachtet werden konnten, als sich der Zylinder drehte

[Quelle: Wade ]

Heute ist Dr. Brewsters Erfindung in einer breiten Preisspanne erhältlich – von etwa einem Dollar für billige Partyartikel bis hin zu Zehntausenden von Dollar für handgefertigte Sammlerstücke. Die zur Herstellung der Körper verwendeten Materialien sind dementsprechend sehr unterschiedlich. Einige häufig verwendete Materialien sind Pappe, Holz, Metalle (Messing ist üblich), Glas (Klarglas, Buntglas und mehr) und Kunststoff.

Am besten kennen Sie wahrscheinlich das röhrenförmige Kaleidoskop, das einem Fernglas oder Teleskop ähnelt . Fassformen sind jedoch ebenfalls üblich. Darüber hinaus sind einige konisch und andere Freiformdesigns trotzen jeder Beschreibung. Einige sind mit Ständern ausgestattet und andere werden in der Hand gehalten. Sie können ein Miniatur-Kaleidoskop kaufen, das zu einer Halskette verarbeitet wurde, oder ein zweiseitiges Kaleidoskop, mit dem Sie und ein Freund dasselbe Design von gegenüberliegenden Seiten betrachten können.

When you look into a kaleidoscope, there's no telling what objects could be making the striking pattern you see. Even boring, everyday items can become exciting art when introduced to a kaleidoscope. Typical objects might include colored glass pieces, beads,buttons, ribbon pieces, ampoules (as described previously), confetti, glitter, "found" items and natural items (like feathers or flowers).

Some special kaleidoscopes, called teleidoscopes, don't include objects at all. You look through clear glass at the end of the tube and see a design created by reflections of your own surroundings.

Objekthalter können mehrere unterschiedliche Designs haben. Am gebräuchlichsten sind Zellen – dünne, runde Kisten oder Kammern, die genügend Platz für die Bewegung der Gegenstände bieten. Manchmal sind die Objekte in einer Flüssigkeit suspendiert, häufig sind die Zellen aber auch trocken. Objekthalter können sogar röhrenförmig sein. Einige Zellen sind in den Körper des Kaleidoskops eingebaut; andere werden an der Außenseite befestigt oder seitlich durchgeschoben. Einige sind sogar austauschbar oder öffnen sich, sodass der Benutzer verschiedene Objekte hinzufügen kann. Alle diese müssen aus einem transparenten Material wie Glas oder Kunststoff bestehen, damit die Benutzer die darin enthaltenen Gegenstände sehen können. Es muss eine Lichtquelle vorhanden sein, um die Objekte zu beleuchten; oft reicht Sonnenlicht oder Lampenlicht hinter dem Objekthalter, aber manchmal ist ein Licht in das Gerät eingebaut.

Um noch mehr Abwechslung hinzuzufügen, können Kaleidoskop-Handwerker verschiedenfarbige Hintergründe einführen. Dies können austauschbare Glas- oder Kunststoffscheiben sein.

Spiegelkonfigurationen innerhalb des Kaleidoskops helfen bei der Bestimmung, welches Muster Sie sehen, wenn Sie durch das Augenloch schauen. Am gebräuchlichsten sind Konstruktionen mit zwei und drei Spiegeln (die das zuvor beschriebene V oder Dreieck bilden). Kaleidoskop-Innovatoren verwenden jedoch möglicherweise konische Spiegel anstelle von rechteckigen oder eine größere Anzahl von Spiegeln, die auf unkonventionelle Weise ausgerichtet sind, um noch kompliziertere Designs zu erzielen. Beispielsweise können sie 3-D oder schirmförmig sein.

Wirklich, die Menschen, die Kaleidoskope erschaffen, sind nur durch ihre Vorstellungskraft begrenzt. Es gibt so viele mögliche Kaleidoskopkonstruktionen, wie es Muster gibt, die von den Kaleidoskopen selbst erzeugt werden! Auch Sie können Teil dieser kreativen Welt des Kaleidoskop-Designs werden. Lesen Sie weiter, um zu erfahren, wie Sie Ihre eigenen herstellen können.

Neue Anwendungen für ein altes Gerät

Im Geiste der Erfindung, der Kaleidoskope hervorgebracht hat, verbessern die Menschen die frühen Designs weiter. Beispielsweise wurde 1971 ein Patent für ein Kaleidoskop-Spielzeug erteilt und Sammler können einen Kaleidoskop-Brunnen kaufen [Quelle: Perhacs ]. Eine Erfindung namens Iamascope ist ein interaktives Kaleidoskop, mit dem Benutzer das Design mit ihren Körpern erstellen und auf eine Leinwand projizieren können [Quelle: Fels ]. Einige befürworten die Verwendung von Kaleidoskopen in der Meditation. Eine türkische Forschungsstudie fand sogar heraus, dass Kinder, die ein Kaleidoskop benutzten, während eines medizinischen Verfahrens, das als Venenpunktion bekannt ist, weniger Schmerzen verspürten [Quelle: Güdücü Tüfekci ]. Wer weiß, was als nächstes für diese Geräte kommt?

Obwohl Kaleidoskope kunstvolle Sammlerstücke sein können, die Tausende von Dollar kosten, können Sie Ihre eigenen herstellen. Je nachdem, was Sie zur Hand haben, müssen Sie möglicherweise nicht einmal einen Cent dafür ausgeben. Hier ist, was Sie brauchen:

Führen Sie die folgenden Schritte aus, um alles zusammenzusetzen:

Haben Sie keine Angst zu experimentieren. Vielleicht entdecken Sie die nächste erstaunliche Innovation im Kaleidoskop-Design. Wie alle großen Handwerker sind Sie nur durch Ihre Vorstellungskraft begrenzt!

Besuchen Sie die Links auf der nächsten Seite, um mehr über Kaleidoskope und andere verwandte Themen zu erfahren.

Ein Kaleidoskopmuster-Simulator

Wenn Sie wirklich nur die hübschen symmetrischen Muster erstellen und kein ganzes Kaleidoskop bauen möchten, ist hier eine Abkürzung für Sie: Mit dem von F. Permadi erstellten und programmierten Kaleidoskop-Maler können Sie diese faszinierenden Designs auf Ihrem Computerbildschirm erstellen.

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