Wasserrakete 2024 - Gymnasium Antonianum

Abb. 1: Die Wasserrakete

Autor: Prof. Dr.-Ing. Schneider
Termine: vierzehntägig dienstags, 13:30 Uhr bis 15:30 Uhr, Gymnasium Antonianum, Geseke

Aufgabenstellung

Die Aufgabe der SuS ist mit Haushaltsmitteln eine Rakete tu bauen (vgl. Abb. 1).

1. Stunden

1. Organisatorisches (Teams Chat, Mappe?, Sicherheitseinweisung)
2. Video einer startenden Rakete zeigen: Space Shuttle
3. Brainstorming: Wie funktioniert eine Rakete?
4. Quizz: Wer bin ich?

Abb. 2: Wer bin ich?

Tipp 

Lösung 

• Sir Isaac Newton
• 1643 - 1727 in England gelebt
• Mit 44 jahre veröffentlicht er "Principia Metrhematica" und beschrieb darin als erster die Grundregeln der Bewegungslehre: 3 Newtonsche Prinzipien.

Grundregeln der Bewegungslehre

1. Trägheitsprinzip

Prinzip  Jeder Körper behält seinen Bewegungszustand bei.

Experiment: Massenträgheit

Tab. 1: Materialliste

#	Anzahl	Material
1	1	Föhn
2	1	Tischtennisball
3	1	Golfball

Durchführung: Schaltet den Föhn an und haltet ihn auf den Tischtennisball und anschließend auf den Golfball.

Fragestellungen:

• Bewegen sich die Bälle gleichschnell?
• Wieso?

Auswertung 

• Jeder Körper behält seinen Bewegungszustand bei.
• Ruhende Körper bleibt in Ruhe.
• Bewegte Körper bleibt in Bewegung.
• Trägheit bestimmt wie einfach man etwas aus Ruhe in Bewegung bersetzen kann.
• Maß für die Trägheit ist die Masse.
• Größere Masse = Größere Trägheit

2. Aktionsprinzip

Prinzip  Eine Kraft beschleunigt oder verformt einen Körper.

• Kraft = Masse ⋅ Beschleunigung
• Kraft ändert Bewegungszustand

Experiment: Kraftwirkung

Tab. 1: Materialliste

#	Anzahl	Material
1	1	Föhn
2	1	Tischtennisball

Durchführung: Schaltet den Föhn an und haltet ihn auf den Tischtennisball.

Fragestellungen:

• Wohin bewegt sich der Ball?
• Wieso?

Auswertung 

• Ball bewegt sich in Kraftrichtung
• Eine Kraft hat einen Angriffspunkt, eine Richtung und eine Stärke.
• Darstellung der Kraft über Vektoren.

3. Wechselwirkungsprinzip

Experiment 3.1: Gleichzeitig an Seil ziehen

Tab. 2: Materialliste

#	Anzahl	Material
1	1	Seil
2	2	Rollbretter

Durchführung: Ernie und Bert sitzen auf je einem Brett und halten das Seil in der Mitte. Beide ziehen gleichzeitig.

Fragestellungen:

• Wohin bewegen sich Ernie und Bert?
• Wieso?

Auswertung 

• Ernie und Bert über beide Kräfte aus.
• Sie treffen sich in der Mitte.
• Die Kraft ändert den Bewegungszustand.

---

Experiment 3.2: Nur eine Person zieht am Seil

Tab. 2: Materialliste

#	Anzahl	Material
1	1	Seil
2	2	Rollbretter

Durchführung: Ernie und Bert sitzen auf je einem Brett. Beide halten das Seil in der Mitte. Nur Ernie zieht am Seil.

Fragestellungen:

• Wohin bewegen sich Ernie und Bert?
• Wieso?

Auswertung 

• Ernie übt auf Bert eine Kraft aus und zieht ihn heran.
• Die Gegenkraft zieht Ernie zu Bert.
• Beide treffen sich in der Mitte.
• Kraft = Gegenkraft (lat. aktio = reaktio)
• Kräfte treten immer paarweise auf und Greifen an verschiedenen Körpern an.

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Experiment 3.3: Eine Person sitzt auf dem Longboard und wirft den Tonno weg.

Tab. 2: Materialliste

#	Anzahl	Material
1	1	Tonno
2	1	Longboard

Durchführung: Ernie sitzen mit Tonno auf einem Longbord. Er wirft den Tonno weg.

Fragestellungen:

• Was passiert mit Ernie?
• Wieso?
• Welcher Körper bewegt sich weiter und wieso?

Auswertung 

• Beobachtung: Ernie rollt in gegengesetzte Richtung.
• Kraft wirkt auf den Tonno und auf die Person auf dem Longboard.
• Kräfte treten immer paarweise und entgegengesetzt auf.
• Kraft von Ernie wirkt auf den Tonno, also wirkt auch eine Kraft vom Tonno auf Ernie.
• Kraft und Gegenkraft greifen an verschiedenen Körpern an.
• Wieso fliegt der Tonno weiter? Er hat weniger Masse.

Prinzip 

• Kräfte treten immer paarweise auf und Greifen an verschiedenen Körpern an.
• Kräfte treten immer paarweise und entgegengesetzt auf.

Das Grundprinzip der Wasserrakete – das Rückstoßprinzip

1. Entwicklung eines kleinen Tafelbilds: Skizze, actio=reactio
2. Transfer auf die Funktionsweise der Wasserrakete
3. Experiment 1: Ballonrakete
4. Experiment 2: Brauserakete

Videos

• Anleitung: Einfache Wasserrakete selber bauen
• [1]
• YouTube: Wasserrakete

2. Stunde

• Wasser-Rakete mit CO2 - Experiment zum Nachmachen