Dienstag, 13 Juli 2021 19:10

Licht im Alltag - was Blumen, Autos und Aufzüge miteinander verbindet

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Üblicherweise befassen sich die Schüler:innen mit dem Thema Licht im Physikunterricht. Doch auch in der Informatik begegnet uns das Thema Licht auf vielfältige Weise.

Wie überträgt man Informationen mit Licht? Wie kann uns unsichtbares Licht beim Einparken helfen? Kann man damit auch Geschwindigkeiten messen? Wie arbeiten Solaranlagen möglichst effektiv?

Um Antworten auf diese und andere Fragen zu finden, hat der Vorleistungskurs Informatik der ERS 1 am 13.07.2021 an einem Mikrocontroller-Workshop der Universität Paderborn teilgenommen.

Bei einer Einstiegsstation lernten alle Schüler:innen zunächst die Grundlagen im Umgang mit einem Arduino-Mikrocontroller. Dabei wurden LEDs zum Blinken gebracht oder mit einem Taster ein- und ausschaltet. Außerdem lernten die Schüler:innen, wie man eigene Programme mit der Arduino IDE erstellt und auf den Mikrokontroller hochlädt.

Danach konnten die Zweiergruppen an vier weiteren Stationen mit verschiedenen Eigenschaften des Lichts experimentieren.

Station 1 – Sonnenblume

Wie alle Pflanzen benötigen Sonnenblumen für ihr Wachstum viel Licht. Je mehr, desto besser. Um viel Licht zu ergattern, richten die Sonnenblumen ihren Trieb so aus, dass die Blätter immer möglichst stark von der Sonne beschienen werden. Auch moderne Photovoltaikanlagen sind in der Lage, sich ständig neu auszurichten, um dem Stand der Sonne zu folgen, damit möglichst viel Sonneneinstrahlung in Strom umgewandelt werden kann.

Woher aber weiß die Sonnenblume oder auch die Solarzelle, in welche Richtung sie sich bewegen muss?

Um diese Frage zu beantworten, wurde bei dieser Station eine Sonnenblume gebastelt, die dem Licht einer Taschenlampe folgen kann. Dazu wurde ein Helligkeitssensor, der die Lichtintensität misst, mit einem Servomotor kombiniert.

arduino blume

Station 2 – Einparkhilfe

Zum Glück sind aktuelle Fahrzeuge meist mit Einparkhilfen ausgestattet. Diese unterstützen den Fahrer oder die Fahrerin durch ihre akustischen Signale dabei, den Abstand richtig einzuschätzen und so eine drohende Kollision zu verhindern.

Aber wie funktioniert eine Einparkhilfe? Woher kennt das Fahrzeug den Abstand? Und wie wird der Abstand in einen Warnton umgesetzt?

Um diese Fragen zu beantworten, konnten die Schüler:innen mithilfe eines Infrarot-Entfernungsmessers und einem Summer bei dieser Station die Einparkhilfe eines Fahrzeugs nachbauen.

arduino parken

Station 3 Lichtschranken

Manche Geräte in unserem Alltag reagieren ganz automatisch. Wenn wir ein Kaufhaus betreten, dann öffnen sich die Türen oft wie von Geisterhand. Die Rolltreppe startet, ohne dass wir überhaupt einen Fuß darauf gesetzt haben und eine Aufzugstür, die sich gerade schließt, öffnet sich wieder, wenn wir in den Aufzug drängen.

Woran merken diese Geräte, wann sie reagieren sollen? Wieso funktioniert das alles automatisch und warum sieht man eigentlich keinen Schalter?

Bei all diesen praktischen Erfindungen kommen Lichtschranken zum Einsatz. An dieser Station konnten die Schüler:innen mit Infrarot-Dioden und Infrarot-Photodioden zwei Lichtschranken bauen, um Zeit und Geschwindigkeit zu messen.

Station 4 – Farbthermometer

Wir alle benutzen täglich Thermometer. Aber manchmal ist es ganz schön mühsam, die gemessene Temperatur auf einer Skala abzulesen.

Wäre es nicht viel bequemer, wenn der Temperaturbereich sofort durch eine Farbe visualisiert wird, so wie man es bei modernen LED-Wasserhähnen sieht?

Bei dieser Station haben die Schüler:innen einen Temperatur-Sensor eingesetzt und anschließend den gemessenen Temperaturbereich durch eine RGB-LED sichtbar gemacht.

 arduino temperatur

Die Schüler:innen hatten sehr viel Spaß dabei, die oben beschriebenen Projekte zu realisieren und haben dabei ganz nebenbei eine Menge über die Eigenschaften des Lichts gelernt.

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