Raketenprojekt des O-Kurs Physik

Von: Christian

Der O-Kurs der Winfriedschule Fulda unter der Leitung  von OStR Lindenthal stellte sich die folgenden Aufgaben:

1. Bau eines Raketenautos, das mit Luft betrieben möglichst weit fahren kann.
2. Bau eines Raketenautos, das mit Wasser betrieben möglichst weit fahren kann

   

Zur ersten Aufgabe sollten die 16 Schülerinnen und Schüler auch eine Mappe erstellen, in der sie das Funktionsprinzip erklären sollten, sowie verschiedene Messungen und deren Auswertungen festhalten sollten. Dazu wurden folgende Messreihen erstellt:

• Reichweite in Abhängigkeit vom Luftvolumen
• Schubkraft in Abhängigkeit der „Brenndauer“
• Momentangeschwindigkeit in Abhängigkeit vom Weg

Aus diesen Daten wurde dann der Reibungskoeffizient errechnet und mit Hilfe der Formel für die Luftreibung die gemessene Reichweite mit der errechneten verglichen.

Eine Gruppe konnte dabei ein Raketenauto bauen, das bei einem Luftvolumen von ca. 8 l eine Reichweite von fast 25 m erzielte – Rekord! Es zeigte sich, dass es hierbei auf viele Faktoren ankam:

1. Minimierung des Rollwiderstandes
2. Optimales Verhältnis von Ausströmgeschwindigkeit der Luft und Volumen der Luft, denn nur wer genügend Luft als Antrieb zur Verfügung hat, kann damit weite Strecken zurücklegen, dagegen hat ein großer Luftballon natürlich auch eine größere Masse und einen großen Luftwiderstand. Große Ausströmgeschwindigkeiten erzeugen eine große Schubkraft, die jedoch bei begrenztem Luftvorrat nur begrenzt wirken kann.

Die Schüler lernten in diesem Projekt nicht nur, dass man mit dem im Unterricht der Jahrgangsstufe 10 erarbeiteten Gesetzmäßigkeiten gute „Vorhersagen“ machen kann, wie weit ein Raketenauto fährt, sie erfuhren auch, dass es Problemstellungen gibt, die nicht so einfach mit linearen Gesetzmäßigkeiten zu lösen sind. Systematisches Probieren führte dann schließlich zum Erfolg.

Höhepunkt war jedoch der Bau eines wasserbetriebenen Raketenautos. Die größte Herausforderung war dabei, das Wasser dosiert aus einer 0,75l PET –Flasche herauszulassen. Das Gardenasystem (Gartenschlauchsteckverbinder) wurde dann von allen Gruppen als das einzig praktikable System erkoren. Wie bereits im obigen Experiment  galt es hier, ein optimales Verhältnis von Treibstoffmasse und Druck in der Flasche zu finden. Ein zu großer Druck bewirkt, dass die zur Fortbewegung nötige Masse nicht lange zur Verfügung steht und das Auto nur noch ausrollen kann, außerdem ist der Anfangsschub so groß, dass die Kraft nicht optimal auf die Räder übertragen werden kann und das Auto die Spur nicht hält. Zu wenig Druck erzeugt keine große Schubkraft und die Reibungskraft überwiegt schnell.

Gewonnen hat schließlich ein Auto, das mit einer kleinen Schubkraft und guter Rolleigenschaft ausgestattet war, weil es die Anfangskraft optimal auf den Boden übertragen hat. Neben den kognitiven Fähigkeiten wurden ebenso soziale wie affektive Fähigkeiten trainiert und ausgebildet.

Summa sumarum : allen Teilnehmerinnen und Teilnehmern hat das Projekt großen Spaß bereitet.