„freestyle-physics“: Mit der Wasserrakete bis Duisburg

Von: Dirk Müller
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Dass Physik keine reine „Männersache“ ist, zeigt diese Gruppe, die gerade eine Wasserrakete startklar macht. Foto: D. Müller
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Justus Simons, Johannes Schweiker, Simon Frank und Tobias Grieb (v.l.) gehen bei „freestyle-physics“ mit ihrer Kettenreaktion an den Start.

Stolberg/Duisburg. Die Spannung steigt, bevor Tobias Grieb den Knopf eines Pneumatikzylinders betätigt. Zwar wissen er und seine jungen „Tüftler-Kollegen“ Simon Frank, Johannes Schweiker und Justus Simons, dass ihre ausgeklügelte Kettenreaktion funktioniert, aber kurz vor dem Wettbewerb „freestyle-physics“ in Duisburg stellt sich immer mehr die Frage, ob sie auch immer alles glatt geht, vor allem wenn es darauf ankommt.

Kaum ist der erste Motor in Gang gesetzt, zieht er ein Miniatur-Skateboard, auf dem ein brennendes Teelicht steht, unter eine Bimetallplatte. Eine kurze Pause entsteht, und die Nachwuchsphysiker erklären, die Wärme der Kerzenflamme sorge dafür, dass sich das Metall nach oben biegt.

„Bimetall wurde früher auch beim Bau von Autos verwendet“, erläutert Simon. Justus ergänzt: „Und bei Bügeleisen und Kaffeemaschinen.“ Die Metallplatte biegt sich, schließt einen elektrischen Kontakt, lässt den nächsten Motor starten, und geht alles Schlag auf Schlag. Ein Modellauto wird über eine Wippe gezogen, diese kippt, und ein an der Wippe befestigter Stab bringt eine Murmel ins Rollen. Die Kugel gelangt über eine Bahn in eine Mausefalle, die zuschnappt – und einen weiteren Kontakt schließt. Dadurch wird eine Parallelschaltung ausgelöst: Am Start der Kettenreaktion beginnt ein Ventilator zu surren, er löscht das Teelicht, kühlt die Bimetallplatte und schaltet somit auch die ersten Motoren aus.

Gleichzeitig zieht ein anderer Elektromotor eine Murmelbahn in die Höhe, drei Kugeln rollen in einen Wasserbehälter, verdrängen die Flüssigkeit, die über zwei installierte Strohalme abfließt und einen selbst gebauten Feuchtigkeitssensor aktiviert. Wieder gerät eine Murmel in Bewegung, stößt gegen einen Legohammer, der den Kontakt zur Inbetriebnahme des letzten Motors schließt. Der hebt die finale Laufbahn an, und eine Murmel rollt auf die Klingel – die Kettenreaktion ist problemlos beendet. „Wir nennen sie ,elektrisch-mechanische Klingel‘, weil Elektromotoren und Mechanik wechselweise einsetzen“, beschreibt Johannes.

Simon zeigt einen weiteren Clou der Apparatur: „Hier, alle Kontakte haben wir mit Büroklammern befestigt. So können wir sie schnell auf- und abstecken.“ Das Viererteam hofft auf eine gute Platzierung bei „freestyle-physics“, doch „am wichtigsten ist es, eine Kettenreaktion gebaut zu haben, die funktioniert“, sagt Tobias. So sehen es auch die anderen Schüler, die am Wettbewerb teilnehmen, auch wenn es nicht immer um eine Kettenreaktion geht. Für Janina Ziemons zum Beispiel ist etwas anderes entscheidend. „Unsere Gruppe hat einen 1,10 Meter hohen Papierturm konstruiert. Auf seine Spitze wird ein 1 Kilogramm schweres Gewicht gelegt, und das muss der Turm mindestens 10 Sekunden lang aushalten.“

Thomas Pauels aus der 9a des Goethe-Gymnasiums und sein Konstrukteur-Kollege Jan Aaron aus der 7c sind sicher, dass ihre Wasserrakete abhebt und 25 bis 30 Meter hoch fliegt. „Die Rakete arbeitet mit dem Masseverdrängungsprinzip. Als Aktion bauen wir einen Luftdruck von bis zu 5 Bar auf, als Reaktion sorgt das Wasser für den erforderlichen Rückstoßimpuls“, erklärt Pauels professionell. Doch bei dem Wettbewerb kommt es darauf an, dass die Rakete möglichst lange in der Luft bleibt. Deshalb sei der Flugkörper mit einem Fallschirm versehen, der sich leider nicht immer ganz reibungslos öffne, meint Aaron.

Insgesamt nehmen diesmal 70 Schüler der 5. Bis 10. Klassen des Goethe-Gymnasiums an dem Wettbewerb „freestyle-physics“ teil, wobei sie alle in ihrer Freizeit in Garagen, Kellern und Werkstätten von Eltern getüftelt und gebastelt haben. „Sie haben sich in Gruppen zusammengeschlossen und eigenständig an den Projekten gearbeitet“, betont Physiklehrer Christian Detlefs. Er ist begeistert von dem Wettbewerb, nicht nur weil theoretische Physik in der Praxis von den Schülern angewendet wird: „Teamfähigkeit, Ausdauer, Fantasie und selbstständiges Engagement der Schüler sowie die Vernetzung von Schule und Eltern werden quasi nebenbei gefördert.“

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