AB 1 Bauanleitung der Stroboskop-Schaltung 1 2 3 4 - Aulis

RWTH Aachen
Institut für Biologie II
Abteilung Zoologie und
Humanbiologie
Die Heuschreckendisko
AB 1 Bauanleitung der Stroboskop-Schaltung
Wichtig:
Der Aufbau der elektronischen Schaltung erfordert Sorgfalt und Genauigkeit. Kontrolliert die Position
jedes einzelnen Bauteils, damit die Schaltung am Ende funktionstüchtig ist! Ihr müsst die
Aussparungen auf dem Steckboard genau abzählen, sonst sitzt euer Bauteil nicht richtig. Kurzschlüsse
können Bauteile zerstören!
Material:
- 1 Steckboard 1K2V - 1 Timer-IC NE555 - 1 Batterieclip
- 1 Set Steckbrücken - 2 Widerstände (24,9 KΩ) - 1 Umschalter
- 1 Potentiometer (100 kΩ) - 3 Kondensatoren (150nF, 100nF, 1µF) - 1 Diode 1N4148
- 1 Batterie (9 V) - 1 weiße LED (z.B. LED 3-2000 WS)
(Die Angaben beziehen sich auf Bauteile von Reichelt Elektronik (www.reichelt.de).)
Anleitung
Hinweis: Der Steckkontakt für die LED ist bereits fest auf dem Steckboard verankert. Ihr könnt diesen
als Anhaltspunkt für alle nachfolgenden Bauteile verwenden.
1 Befestigt den Batterieclip und die (roten) Versorgungsleitungen
(links im Bild).
Fügt die kurzen gelben Steckbrücken neben dem LED-
Steckkontakt hinzu.
LED-Steckkontakt
Gelbe Steckbrücken
Rote Versorgungsleitungen
Batterieclip-Kabel
2 Setzt nun den Timer-IC NE555 (schwarzes Bauteil) ein - achtet
darauf, dass die halbkreisförmige Markierung auf der Oberseite
nach rechts zeigt!
Steckt nun die Kondensatoren ein: 1µF, 150nF, 100nF (von links
nach rechts).
NE555
Kondensatoren
3 Ergänzt im nächsten Schritt die vertikalen Steckbrücken (1x gelb,
3x grün).
Vertikale Steckbrücke gelb
Vertikale Steckbrücken grün
4 Es folgt der Einsatz der Widerstände und der horizontalen
Steckbrücken (1x grau, 2x violett).
Horizontale Steckbrücke grau
Widerstände
Horizontale Steckbrücken violett

5
6
RWTH Aachen
Institut für Biologie II
Abteilung Zoologie und
Humanbiologie
Die Heuschreckendisko
Verbindet die obere und untere Hälfte des Steckboards mit einer
orangefarbenen Steckbrücke, fügt eine weitere, blaue Steckbrücke
hinzu und schließt das Potentiometer an. Achtet bei der Diode,
die neben den Timer-IC NE555 gesteckt wird, auf die richtige
Polung: Die Pfeilspitze muss vom Timer-IC wegzeigen.
Steckbrücke orangefarben
Steckbrücke blau
Anschlüsse des Potentiometers (weiß, grün und rot)
Als letztes steckt ihr die Kabel des Frequenzbereichsumschalters
ein. Kontrolliert die Position aller Bauteile anhand des
Übersichtplans!
Kabel des Umschalters (grün, gelb und schwarz)
Am Ende sollte eure fertige Schaltung so aussehen (Übersichtsplan):

RWTH Aachen
Institut für Biologie II
Abteilung Zoologie und
Humanbiologie
Die Heuschreckendisko
AB 2 Vorbereitung des Versuchstiers und Aufbau der Heuschreckendisko
Teilt innerhalb eurer Gruppe ein, wer das Versuchstier vorbereitet und wer sich um den Aufbau der
Heuschreckendisko kümmert! Beides sollte gleichzeitig erledigt werden!
Vorbereitung des Versuchstiers
Um die Heuschrecke fixieren und damit im Flug beobachten zu können, muss ihr zunächst ein kleines
Holzstäbchen (z.B. ein Zahnstocher) auf dem Rücken befestigt werden.
Material: - eine ausgewachsene Wanderheuschrecke - ein Zahnstocher
- ein kleine Stück Dentalwachs - eine Schere
- Aufbewahrungsdosen mit Luftlöchern - zwei Thermometer
- ein Lötkolben (oder eine Kerze bzw. ein Bunsenbrenner)
- Kühlschrank (bzw. Eisbad) und Wärmelampe (bzw. Wärmebad)
Durchführung:
1. Entfernt mit der Schere eine spitze Seite des
Zahnstochers!
2. Erhitzt ein Stückchen Dentalwachs z.B. mit
einem kleinen Lötkolben oder über einer
Flamme und tragt es tropfenförmig auf das
begradigte Ende des Zahnstochers auf!
3. Ein Gruppenmitglied hält die Heuschrecke
fest, während ihr ein weiteres Mitglied
vorsichtig den Zahnstocher mit dem erhitzten
Wachs auf das Rückenschild (Pronotum)
klebt. Achtet darauf, dass der übrige Körper
(v.a. Flügel und Kopf) frei von Wachs bleibt!
4. Haltet Heuschrecke und Zahnstocher so
lange fest, bis das Wachs erstarrt ist!
Heuschrecke im Flug mit am Pronotum befestigtem
Zahnstocher
Eventuell müsst ihr das Wachs noch einmal vorsichtig mit dem Lötkolben (oder einem erhitzten
kleinen Schraubenzieher) verflüssigen und mit dem Finger glatt streichen.
5. Wiederholt diese Prozedur mit allen Versuchstieren, die ihr testen wollt. Denkt daran, dass ihr
mindestens ein Tier für den Vorversuch benötigt!
6. Erst jetzt bringt ihr eure Heuschrecke auf die richtige Temperatur! Setzt sie dazu in eine
Aufbewahrungsbox mit Luftlöchern und legt diese in den Kühlschrank (oder auf Eis) bzw. stellt
die Box unter eine Wärmelampe (oder in ein warmes Wasserbad, nicht über 45°C heiß). Die
Heuschecke, die bei Raumtemperatur getestet werden soll, kann in einer Box auf eurem Tisch
stehen bleiben.
7. Die Tiere verbleiben mindestens 5 Minuten in der jeweiligen Temperaturumgebung; dann wird
mit den Untersuchungen begonnen.
Aufbau der Heuschreckendisko
Material:
- Stativmaterial (1 Grundplatte, 1 Muffe, 1 langer
sowie ein kurzer Stab)
- Knetmasse - elektronische Schaltung („Disko“)
Durchführung:
1. Baut das Stativmaterial gemäß der schematischen
Darstellung (rechts) auf!
2. Schließt die elektronische Schaltung an und
befestigt die LED am Stativ!
Schematischer Versuchsaufbau

RWTH Aachen
Institut für Biologie II
Abteilung Zoologie und
Humanbiologie
Die Heuschreckendisko
AB 3a Durchführung des Experiments – Teilversuch 1: Ermittlung der
Flügelschlagfrequenz in Abhängigkeit von der Temperatur
Lest euch alle Informationen und Aufträge auf diesem Arbeitsblatt zunächst sorgfältig durch!
Versucht, eventuelle Fragen in der Gruppe zu beantworten!
Alle Gruppenmitglieder beobachten die Flügelbewegungen des Versuchstiers und erhalten zusätzlich
noch eine oder zwei der folgenden Funktionen:
Funktion Aufgabe
Versuchsleiter Achtet darauf, dass die Versuchsanleitung eingehalten wird
Ausleuchter Sorgt für die optimale Beleuchtung des Versuchstiers
Techniker Stellt die Lichtblitzfrequenz ein, bei der die Flugbewegungen des
Versuchstiers gut zu beobachten sind
Protokollführer Protokolliert die Versuchsergebnisse
Animateur „Pustet“ die Heuschrecke an, wenn sie nicht fliegt
Zeitnehmer Stoppt die Zeit
Vorversuch
Ziel:
Der Vorversuch dient dazu, euch mit der Versuchsapparatur vertraut zu machen. Außerdem
ermöglicht er es, die ungefähre Lichtblitzfrequenz zu ermitteln, die beim nachfolgenden Versuch zu
erwarten ist. Dies ist wichtig, damit ihr anschließend nicht zu viel Zeit mit den Einstellungen verliert,
während der sich euer Versuchstier wieder erwärmen bzw. abkühlen kann.
Material: - siehe AB 2
Durchführung:
1. Befestigt das temperierte Versuchstier (vgl. AB 2) an der Versuchsapparatur, indem ihr das
Holzstäbchen in die Knetmasse drückt! Richtet die Heuschrecke so aus, dass ihr sie von der Seite
beobachten könnt!
2. Schaltet das Licht aus!
3. Sollte die Heuschrecke nicht von alleine beginnen zu fliegen, blast sie vorsichtig von vorne an!
4. Stellt die Position der LED so ein, dass ihr die Flügelbewegungen gut beobachten könnt! Achtet
darauf, dass ihr das gesamte Bewegungsfeld beider Flügelpaare mit der LED ausleuchtet!
5. Versucht die Lichtblitzfrequenz so einzustellen, dass
- die Flügel der Heuschrecke in der Luft still zu stehen scheinen bzw.
- die Flügelbewegungen insgesamt verlangsamt erscheinen!
Teilversuch 1
Material: - siehe AB 2 - Stoppuhr
Durchführung:
1. Führt die Punkte 1.-5. wie im Vorversuch durch!
2. Startet die Stoppuhr, sobald die Heuschrecke einen gleichmäßigen Flugrhythmus zeigt!
3. Pustet sie erneut an, wenn die Heuschrecke ihren Flug unterbricht!
4. Arbeitsauftrag:
Ermittelt 5 Minuten lang den Frequenzbereich, in welchem die Bewegungen der Flügel
verlangsamt erscheinen und ihr die Flügelbewegungen am besten beobachten könnt! Notiert den
Frequenzbereich in einer Tabelle wie der folgenden:
Tier Frequenzbereich [Hz] Sonstiges, besondere Beobachtungen
1
2
…
5. Wiederholt den Versuch mit allen weiteren Versuchstieren!

RWTH Aachen
Institut für Biologie II
Abteilung Zoologie und
Humanbiologie
Die Heuschreckendisko
AB 3b Durchführung des Experiments – Teilversuch 1: Ermittlung der
Flügelschlagfrequenz in Abhängigkeit von der Temperatur
Ergänzung für die Gruppe, die mit den gekühlten Heuschrecken arbeitet
Wichtig:
Achtet bei euren Versuchstieren darauf, ob sie in der ersten Hälfte des Versuchs (d.h. bis 2:30 min)
mit einer anderen Flügelschlagfrequenz fliegen als in der zweiten Hälfte. Bestimmt also die
Lichtblitzfrequenz für zwei Zeitbereiche:
Tier Zeit [min] Frequenzbereich [Hz] Sonstiges, besondere Beobachtungen
1
2
…
Aufgabe:
0:00 – 2:30
2:31 – 5:00
0:00 – 2:30
2:31 – 5:00
Überlegt, wieso es bei gekühlten Heuschrecken notwendig ist, darauf zu achten, ob sich die
Flügelschlagfrequenz im Laufe des Versuchs ändert!
Notiert eure Erwartungen und vergleicht sie mit den tatsächlichen Ergebnissen!

RWTH Aachen
Institut für Biologie II
Abteilung Zoologie und
Humanbiologie
Die Heuschreckendisko
AB 4 Durchführung des Experiments – Teilversuch 2: Beobachtung der
Flügelbewegungen der Heuschrecke
Wählt für diesen Teilversuch Versuchstiere aus, die in Teilversuch 1 besonders ausdauernd (d.h. ohne
häufige Flugunterbrechungen) und gleichmäßig geflogen sind.
Material: - siehe AB 2
Durchführung:
1. Überlegt auf Grundlage eurer Beobachtungen aus Teilversuch 1, auf welche Weise die
Heuschrecke ihre Flügel(paare) bewegt! Formuliert Hypothesen (Vermutungen) über ihre
Flugbewegungen und notiert diese in die unten stehende Tabelle! Einige Hypothesen wurden
bereits vorgegeben.
2. Befestigt eine Heuschrecke wie bei Teilversuch 1 in der Apparatur! Ermittelt und notiert wieder
die Lichtblitzfrequenz, bei der
- die Flügel der Heuschrecke in der Luft still zu stehen scheinen bzw.
- die Flügelbewegungen verlangsamt erscheinen!
3. Einzelarbeit:
Beobachtet nun die fliegende Heuschrecke möglichst genau und entscheidet, welche der
nachfolgenden Aussagen zutreffen! Kreuzt an:
Nr. Hypothese ja nein
1 Die Flügel bewegen sich auf einer Linie starr auf- und abwärts.
2 Die Flügelschlagfrequenz ist über die gesamte Versuchsdauer konstant.
3 Vorder- und Hinterflügel bewegen sich unabhängig voneinander.
4 Heuschrecken fliegen lautlos.
5 Die Hinterflügel falten sich in der Bewegung teilweise zusammen.
6 Während des Fluges streckt die Heuschrecke ihre Vorderbeine nach
unten.
7 Die Vorderflügel verändern ihre Form (im Gegensatz zu den
Hinterflügeln) kaum.
8 Die Flügel bewegen sich von unten-vorne nach hinten-oben in einer sehr
komplexen Bewegung.
9 Die Flügelspitzen beider Flügelpaare berühren sich am Höhepunkt des
Aufschlages.
10 Während des Flügelschlags ist die Auf- und Abwärtsbewegung der
Rücken- und Bauchplatten des Thorax (Vorderleib) deutlich erkennbar.
11
12
13
14
4. Vergleicht und diskutiert in der Gruppe eure Ergebnisse aus Aufgabe 3!
5. Wenn noch Zeit ist oder ihr bei euren Beobachtungen nicht weiter kommt, könnt ihr zusätzlich das
AB 5 „Beschreibung der Flügelbewegungen der Heuschrecke“ bearbeiten.

RWTH Aachen
Institut für Biologie II
Abteilung Zoologie und
Humanbiologie
Die Heuschreckendisko
AB 5 Beschreibung der Flügelbewegungen der Heuschrecke
Ergänze:
Zu Beginn sind Vorder- und Hinterflügel der
Heuschrecke __________________________
____________________________________
____________________________________
Beim Abschlag werden die Hinterflügel ______
____________________________________
____________________________________
____________________________________
Die Vorderflügel werden _________________
____________________________________
Somit befinden sich beide Flügelpaare _______
____________________________________
____________________________________
Zum Ende des Abschlags _________________
____________________________________
____________________________________
____________________________________
Schließlich werden die Flügel beim Aufschlag __
____________________________________
____________________________________
____________________________________
____________________________________

RWTH Aachen
Institut für Biologie II
Abteilung Zoologie und
Humanbiologie
Die Heuschreckendisko
Infokasten 1 Lehrerinfo: Vorbereitung der elektronischen Bauteile
Vor dem Aufbau der Schaltung des Stroboskops müssen von der Lehrkraft einige kleinere Arbeiten
übernommen werden, welche die Fähigkeiten der Schülerinnen und Schüler möglicherweise
übersteigen bzw. den zeitlichen Rahmen sprengen würden. Folgende Vorbereitungen sind notwendig:
Die Drähte der Widerstände müssen auf die richtige Länge gekürzt und zurechtgebogen
werden.
An die LEDs müssen ein 330Ω-Vorwiderstand und zwei Kabel angelötet werden. Zudem ist
auf korrekte Polarität zu achten, um Kurzschlüsse zu vermeiden. Es empfiehlt sich, die
Kontakte der LEDs mit Schrumpfschlauch zu isolieren.
An Potentiometer und Frequenzbereichsumschalter müssen Kabel angelötet werden (siehe
Abb. 1)
weiß
grün
rot
gelb
schwarz
grün
Abb. 1: Bauteilvorbereitung. An die Anschlüsse von Potentiometer (oben) und Umschalter (unten)
müssen verschiedenfarbige Kabel angelötet werden.
Abb. 2: Schaltplan des Stroboskops (erstellt von Michael Moll, Institut für Biologie II, RWTH Aachen)

RWTH Aachen
Institut für Biologie II
Abteilung Zoologie und
Humanbiologie
Die Heuschreckendisko
Infokasten 2a Wissenswertes zum Insektenflug
Das Fortbewegungsprinzip „Fliegen“ wird von Insekten mithilfe verschiedener Techniken
umgesetzt. Im ursprünglichen Bauplan der flugfähigen Insekten sind zwei Flügelpaare, also
insgesamt vier Flügel, angelegt. Im Laufe der Evolution haben sich unterschiedliche
Varianten entwickelt:
Bei einigen Artengruppen, z.B. den Flöhen, haben sich die Flügel wieder zurückgebildet und
die Tiere sind sekundär flügellos. Das vordere Flügelpaar der Käfer ist zu festen Deckflügeln
(Elytren) umgewandelt, welche die empfindlichen Hinterflügel vor mechanischen Einflüssen
schützen. Bei Zweiflüglern (Dipteren), wie den Fliegen, ist das hintere Flügelpaar zu
Schwingkölbchen (Halteren, siehe Pfeil in Abb. 1b) reduziert, durch deren Rotation eine
stabile Fluglage erreicht werden kann. Viele Insekten, darunter Bienen, Wespen,
Schmetterlinge und Libellen, besitzen (wie im ursprünglichen Bauplan) zwei Flügelpaare, die
jedoch sehr unterschiedlich gestaltet sein können.
Abb. 1 a-d: Unterschiedliche Gestaltung und Entwicklung der Flügel
Bei Libellen setzt die Flugmuskulatur direkt an den
Flügeln an (direkte Flugmuskulatur), doch bei den
meisten anderen Insekten ist dies nicht der Fall. Bei ihnen
setzt die Flugmuskulatur an der Innenseite des
Brustkorbes an und verformt diesen während der
Muskelkontraktionen, wodurch sich die Bewegung über
die Flügelgelenke auch auf die Flügel überträgt (indirekte
Flugmuskulatur, siehe Abb. 2).
Abb. 2: Flugbewegungen durch indirekte Flugmuskulatur
Bildquellen Abb. 1 (von links nach rechts):
1. http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:Schnellkaefer_beim_Abflug.jpg&filetimestamp=20050502124532 (aufgerufen am
28.2.2011)
2. http://www.schaedlingskunde.de/Steckbriefe/htm_Seiten/Gro%DFe-Stubenfliege-Musca-domestica.htm (aufgerufen am 28.2.2011)
3. http://www.tierportraet.ch/bilder07c/kleiner_fuchs.jpg (aufgerufen am 28.2.2011)
4. http.www.werner-scharl.de (aufgerufen am 28.2.2011)
Bildquelle Abb. 2:
http://static.cosmiq.de/data/de/715/57/715570dfa2dd4bb54ecaae9b9aec8be9_1.jpg (aufgerufen am 28.2.2011)
Bildquelle „Diskokugel“ (oben rechts auf jedem AB):
http://www.fleurdelis-wandtattoo.de/wandtattoos/motivwelt/Discokugel.html (aufgerufen am 22.9.2011)
Alle übrigen Abbildungen: Susanna Haase, RWTH Aachen

RWTH Aachen
Institut für Biologie II
Abteilung Zoologie und
Humanbiologie
Die Heuschreckendisko
Infokasten 2b Wissenswertes zum Stroboskopischen Effekt
Viele Bewegungsprozesse, wie z.B. die Flügelbewegungen von Insekten, laufen für das
menschliche Auge zu schnell ab. Werden fliegende Insekten in einer abgedunkelten
Umgebung mit Lichtblitzen beleuchtet, so erscheinen ihre Flügelbewegungen deutlich
verlangsamt bzw. sogar still zu stehen. Dieses Phänomen wird als Stroboskopischer Effekt
bezeichnet. Ein Stroboskop ist ein Gerät, das in regelmäßigen zeitlichen Abständen
Lichtblitze erzeugt und zum Beispiel in Diskotheken Verwendung findet. Anstelle eines
teuren Stroboskops kann auch eine einfache elektronische Schaltung mit sehr hellen LEDs die
notwendigen Lichtblitze erzeugen und als Stroboskopersatz verwendet werden.
Als Frequenz wird die Häufigkeit eines sich regelmäßig wiederholenden Vorgangs pro
Zeiteinheit bezeichnet, welche in Hertz (1Hz = 1/s) gemessen wird. So bewegen
Heuschrecken ihre Flügel mit etwa 20 Hz. Bei Lichtblitzfrequenzen zwischen 15 und 25 Hz
sollten daher ihre Flügelbewegungen aufgrund des stroboskopischen Effektes deutlich zu
beobachten sein.

RWTH Aachen
Institut für Biologie II
Abteilung Zoologie und
Humanbiologie
Die Heuschreckendisko
AB 4 Durchführung des Experiments – Teilversuch 2: Beobachtung der
Flügelbewegungen der Heuschrecke - Lösungsblatt
Wählt für diesen Teilversuch Versuchstiere aus, die in Teilversuch 1 besonders ausdauernd (d.h. ohne
häufige Flugunterbrechungen) und gleichmäßig geflogen sind.
Material: - siehe AB 2
Durchführung:
1. Überlegt auf Grundlage eurer Beobachtungen aus Teilversuch 1, auf welche Weise die
Heuschrecke ihre Flügel(paare) bewegt! Formuliert Hypothesen (Vermutungen) über ihre
Flugbewegungen und notiert diese in die unten stehende Tabelle! Einige Hypothesen wurden
bereits vorgegeben.
2. Befestigt eine Heuschrecke wie bei Teilversuch 1 in der Apparatur! Ermittelt und notiert wieder
die Lichtblitzfrequenz, bei der
- die Flügel der Heuschrecke in der Luft still zu stehen scheinen bzw.
- die Flügelbewegungen verlangsamt erscheinen!
3. Einzelarbeit:
Beobachtet nun die fliegende Heuschrecke möglichst genau und entscheidet, welche der
nachfolgenden Aussagen zutreffen! Kreuzt an:
Nr. Hypothese ja nein
1 Die Flügel bewegen sich auf einer Linie starr auf- und abwärts. X
2 Die Flügelschlagfrequenz ist über die gesamte Versuchsdauer konstant. X
3 Vorder- und Hinterflügel bewegen sich unabhängig voneinander. X
4 Heuschrecken fliegen lautlos. X
5 Die Hinterflügel falten sich in der Bewegung teilweise zusammen. X
6 Während des Fluges streckt die Heuschrecke ihre Vorderbeine nach
unten.
7 Die Vorderflügel verändern ihre Form (im Gegensatz zu den
8
Hinterflügeln) kaum.
Die Flügel bewegen sich von unten-vorne nach hinten-oben in einer sehr
komplexen Bewegung.
9 Die Flügelspitzen beider Flügelpaare berühren sich am Höhepunkt des
Aufschlages.
10 Während des Flügelschlags ist die Auf- und Abwärtsbewegung der
Rücken- und Bauchplatten des Thorax (Vorderleib) deutlich erkennbar.
11
12
13
14
4. Vergleicht und diskutiert in der Gruppe eure Ergebnisse aus Aufgabe 3!
5. Wenn noch Zeit ist oder ihr bei euren Beobachtungen nicht weiter kommt, könnt ihr zusätzlich das
AB 5 „Beschreibung der Flügelbewegungen der Heuschrecke“ bearbeiten.
X
X
X
X
X

RWTH Aachen
Institut für Biologie II
Abteilung Zoologie und
Humanbiologie
Die Heuschreckendisko
AB 5 Beschreibung der Flügelbewegungen der Heuschrecke - Lösungsblatt
Ergänze:
Zu Beginn sind Vorder- und Hinterflügel der
Heuschrecke nach hinten-oben gestreckt und
dabei teilweise bzw. komplett entfaltet.
____________________________________
____________________________________
Beim Abschlag werden die Hinterflügel nach
unten geführt und dabei teilweise
zusammengefaltet.______________________
Die Vorderflügel werden nach vorne-unten am
Körper vorbei geführt.___________________
Somit befinden sich beide Flügelpaare seitlich
vom Körper auf annähernd gleicher
Höhe.________________________________
Zum Ende des Abschlags werden beide
Flügelpaare nach vorne-unten
bewegt.______________________________
____________________________________
Schließlich werden die Flügel beim Aufschlag
wieder nach hinten-oben geführt, wobei die
Bewegung der beiden Flügelpaare zeitlich
versetzt erfolgt._______________________
____________________________________