UNIVERSITÄT ZU KÖLN

Bau einer Wasserrakete als Modell zum physikalischen Verständnis des Rückstoßprinzips (3. Newtonsches Gesetz); Übertragung auf die Saturn V der Apollo 11 Mondrakete.

Es sind keine Vorkenntnisse zum Rückstoßprinzip notwendig.

• Vorbereitung/Besorgung folgender Materialien für jedes Kind (s. auch ‚Bau eine Wasserrakete‘):
  • PET Flaschen 1 L (z.B. Coca Cola/Fanta/Sprite), gereinigt, evtl. Etiketten entfernt
  • Korken mit einem Cuttermesser quer durchschneiden; den halben Korken mittig bohren (Bohrung 6 mm)
  • Alte Fahrradschläuche mit Blitzventilen (beim Fahrradhändler erfragen, kostenlos abholen); den Schlauch rundrum entfernen, so dass nur noch das Ventil übrigbleibt (am Besten nur Blitzventile!)
• Startrampe (z.B. eine umgedrehte Wasserflaschenkiste)
• Mehrere Fahrradluftpumpen
• Wasser zum Befüllen der Flaschen
• Skateboard
• Medizinball

Die Kinder heften sich ihre Astronautennamensschilder an; Die angehenden Astronautinnen und Astronauten werden begrüßt.

• Vorstellung der Reihen- und Stundentransparenz: Anknüpfung an Kinderfragen und Lerninteresse der vorangegangenen ersten Sequenz (Plakate: „Wie funktioniert die Rakete?“)
• „Wir wollen heute eine (Wasser-)Rakete bauen und testen, die mit einem ähnlichen Prinzip funktioniert, wie die Apollo 11.“
• Die Lehrkraft zeigt den Kindern ein Modell der Wasserrakete und beschreibt die einzelnen Bestandteile
  • PET-Flasche als Druckkammer
  • Korken und Ventil als Verschluss
• Bauschritte werden vorgemacht und erläutert:
  • Ventil durch das Loch im Korken stecken und fest verschrauben
  • Korken ins Loch der PET-Flasche stecken
  • (den eigenen Namen auf die Rakete mit Edding schreiben und die Rakete weiter ausgestalten)

• Verteilung der Materialien (Materialdienste, Tischgruppenweise)
• Arbeit und gegenseitige Unterstützung in PA
• Fertigstellung der Raketen für jedes einzelne Kind

Im Klassenraum:

• Test einer Rakete zunächst nur mit Luft gefüllt: Vorne an der Tafel steht eine Startrampe (Holzkonstruktion s. Unterrichtsdokumentation 3.7 oder umgedrehter Wasserkasten). Die Fahrradluftpumpe wird am Ventil der Rakete befestigt. Die Kinder zählen einen Countdown „Ten, nine, eight, ….“ Bis zum Start. Dazu wird die Rakete mit Luft aufgepumpt.
• In der Regel fliegt die Rakete nicht höher als 2 Meter (abhängig vom Druck der Luft in der Flasche)
• Gemeinsame Reflexion: Was konntest du beobachten? Warum schießt die Rakete nach oben?

Auf dem Schulhof:

• Test der Rakete mit Wasser gefüllt; dazu werden alle Raketen der Kinder, sowie mehrere Startrampen und Fahrradpumpen mit auf den Schulhof genommen.
• Da die (Wasser-)raketen bis zu 10 m hoch fliegen können, ist ein Sicherheitsabstand um die Startrampe nötig (etwa 2-3 Meter).
• Start im Plenum: Eine Flasche wird mit einem Glas Wasser gefüllt (ca. 0,2 L) und mit Korken/ Ventil verschlossen.
• Was vermutet ihr? Wie hoch wird die Rakete mit Wasser gefüllt aufsteigen können?
• Die Fahrradluftpumpe wird am Ventil der Rakete befestigt. Die Kinder zählen einen Countdown „Ten, nine, eight, ….“ Bis zum Start. Dazu wird die Rakete mit Luft aufgepumpt.
• Die Rakete hebt weit höher ab und schießt das Wasser zischend heraus.
• Alle Kinder haben die Gelegenheit ihre eigene Rakete zu testen (mehrere Stationen verteilt auf dem Schulhof); ideal wären hierbei weitere Betreuungspersonen an den Stationen.

Die Lehrkraft reflektiert abschließend die Unterschiede zwischen der Rakete mit und ohne Wasser gefüllt.

• Was konntest du beobachten? (Wasser-/Luftgefüllte Rakete)
• Warum drückt die Rakete nach oben und nicht in eine andere Richtung? (Öffnung der Flasche unten/ Druck kann nur dort entweichen)
• Kannst du dir erklären, warum die mit wenig Wasser gefüllte Flasche so viel höher schießt?

Mögliches Ergebnis:

• Die Luft wird in die PET-Flasche hineingepumpt/ hineingedrückt. Es entsteht ein großer Druck in der Flasche.
• Das Ventil lässt die Luft nicht mehr heraus.
• Irgendwann ist der Druck so groß, dass das Wasser/ die Luft nach unten herausschießt; Die Flasche wird nach oben gedrückt.
• Dabei ist das Wasser schwerer als Luft und kann die Rakete mit mehr Kraft nach oben drücken.

Transfer:

• Vergleich zur Apollo 11-Rakete: In der Brennkammer wird der Treibstoff gezündet, der sich bei seiner Verbrennung extrem ausdehnt (Explosion). Dabei wird ein noch viel größerer Druck erzeugt als bei unserer Wasserrakete. Kann der Druck nach unten entweichen, schießt die Rakete nach oben. Das nennen wir in der Physik: das Rückstoßprinzip: "Jede Kraft erzeugt eine gleichgroße Gegenkraft, deren Richtung der ersten Kraft entgegengesetzt ist."
• Zur Veranschaulichung kann der Versuch mit dem Skateboard und dem Medizinball ergänzt werden.

Ausblick:

Mondlandeprojekte in naher Zukunft – Wann werden Menschen wieder auf dem Mond landen werden? – Projekt Artemis

Freude am Bau einer eigenen funktionstüchtigen Rakete wecken; Wissen und Interesse zur Funktion der Rakete aufbauen und fördern (z.B. das Rückstoßprinzip).