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).

Inhalte

#	Termin	Thema
1	17.09.24	Planung der Wasserrakete, Grundregeln der Bewegungslehre, Rakete mit Brausetablette
2	01.10.24	Experiemente zum Schwerpunkt, Rakete mit Backpulver und Essigsäure
3	29.10.24	Bohrmaschinenführerschein
4	12.11.24	Holzhaus bauen
5	26.11.24	Wasserrakete mit Handzündung
6	10.12.24	Bau der Startrampe

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.

---

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

Newtonsche Gesetze

Eva Redder Wasserrakete

2. Stunde

• Wasser-Rakete mit CO2 - Experiment zum Nachmachen