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Projekt Umweltfreundlicher Raketenbau Jugendliche beim Raketenbau mit Diplom-Ingenieur Klockhaus

1 Einleitung
Das Angebot zur Förderung von Interessenbildung bei Jugendlichen ist im wissenschaftlich-technischen Bereich in aller Regel sehr begrenzt.
Es ist zwar ohne weiteres möglich, z.B. durch Lexika oder Internet-Recherche, diverse Informationen zu theoretischem Wissen zu bekommen, aber die praktische Umsetzung – und damit eine wesentlich größere Erfahrungstiefe – ist auf diesem Wege nicht möglich.
Hilfestellungen wie Simulationsprogramme (für z. B. physikalische Bewegungsabläufe) veranschaulichen zwar, bringen aber ebenfalls keine praktischen Erfahrungen zum besseren Verständnis (nahezu) alltäglicher Vorgänge.
Dieses Projekt hat den Anspruch, die auf den ersten Blick komplizierte und unverständliche Antriebsart von Raketen schlicht und begreifbar zu erklären.
Das Gelernte wird durch den Bau von kleinen Wasser-Druckluft-Raketen direkt umgesetzt. Mit diesen Raketen ist es anschließend möglich, einen Reichweiten-Wettbewerb zu veranstalten, wobei jeder Teilnehmer die Zusammenhänge von Gewicht, Antriebskraft und Startwinkel erfahren kann.
Der tiefere Sinn dahinter ist natürlich nicht, ein Spezialgebiet abzudecken, sondern einen Einstieg in wissenschaftlich-technische Fragestellungen und Problemlösungen zu bekommen.
Auf jeden Fall sind Staunen und Erfolgserlebnisse aufgrund der beachtlichen Flugleistungen der selbstgebauten Raketen garantiert, und beim Umgang mit Wasser und Druckluft dürfte der Spaß in einer Gruppe auch nicht zu kurz kommen.

2 Geplanter Inhalt
· Vergleich verschiedener Antriebsarten
· Nähere Erklärungen zum Rückstoßantrieb (Raketenprinzip)
· Bau von kleinen Verbrennungsraketen (Streichholzraketen)
· Entwurf und Bau von Wasser-Druckluft-Raketen
· Testflüge, die den Zusammenhang zwischen Wasserbefüllung (Gewicht), Antriebskraft (Druck) und Startwinkel zeigen
· Wettbewerb „Raketen-Reichweite“

3 Zielgruppe und Teilnehmerzahl
Zielgruppe 1:
Das Projekt ist für Mädchen und Jungen im Alter von 14 bis 16 Jahren gedacht.
Zielgruppe 2: Jugendliche, junge Erwachsene und Ehrenamtliche ab 16 Jahren.
Aufgrund der notwendigen Hilfestellungen beim Fertigen der Raketen und begrenztem Werkzeug etc. für nötige Arbeiten ist die Teilnehmerzahl auf ca. 10 Teilnehmer/-innen begrenzt.

4 Zeitlicher Rahmen
15 Stunden, an 3 aufeinander folgenden Tagen je 5 Stunden, dies jeweils für beide Zielgruppen, also ingesamt 30 Stunden.
Der genaue Termin kann in Absprache mit dem Ev. Jugendheim Rotthausen erfolgen.

5 Ort
Das Projekt soll überwiegend in den Räumen und auf dem Außengelände des Ev. Jugendheims Rotthausen stattfinden. Je nach gelungener Umsetzung der einzelnen Raketenantriebe ist ein Ausweichen auf eine nahegelegene Sportanlage möglich.

6 Sachbericht
Zeitrahmen:
Das Projekt „Umweltfreundlicher Raketenbau“ begann am 08.11.02 und wurde am 10.11.02 abgeschlossen. Im Rahmen der Maßnahmendauer wurde mit den beteiligten Jugendlichen je Tag 5 h gearbeitet.
Projektvorbereitend war es nötig, einen Prototypen zu bauen und dafür Material auszusuchen. Die gewonnenen Erfahrungen bei dem Prototyp dienten dem gezielten Einkaufen von Material und benötigtem Werkzeug sowie dem Anpassen der Raketenkonstruktion an die Fähigkeiten von Jugendlichen im Alter von ca. 12 Jahren.
Zusammen mit dem Aussuchen von theoretischem Begleitstoff ist der Zeitbedarf um die Maßnahme herum deutlich größer als die eigentliche Projektdurchführung und wird auf ca. 40 h geschätzt.
Umsetzung:
Die jugendlichen Teilnehmer des Projektes wurden zu Beginn der Maßnahme in theoretischen Grundlagen von verschiedenen Bewegungsarten wie Laufen, Fahren, Schwimmen und Fliegen unterrichtet. Diese aus dem Alltag bekannten Bewegungsarten wurden anschließend mit dem Rückstoßantrieb von Raketen verglichen, um deutliche Unterschiede herauszustellen.
Zur Vertiefung des Gelernten fertigten die Jugendlichen einfache Raketen und führten einzelne Starts durch. Anhand der beobachteten Flugbahnen wurde in einem erneuten Theorieteil der Einfluss von Startwinkel, Rückstoßmasse- und Rückstoßgeschwindigkeit erläutert.
In dem nun folgenden Praxisteil bauten die Jugendlichen verbesserte Raketen und eine dazugehörige Abschussrampe. Diese funktionstüchtigen Modelle wurden natürlich erneut – und diesmal ausgiebig – getestet, so dass jeder Teilnehmer die erstaunliche Verbesserung der Flugleistungen aufgrund einfacher Verbesserungen erleben konnte.
Erfolg und Auswirkung:
Die Teilnehmer haben die Grundlagen des Rückstoßantriebs gut verstanden. Dies wurde sowohl durch Verständnisfragen überprüft, zeigte sich aber auch durch richtiges Variieren verschiedener Parameter beim Bau und Start der Raketen.
Der Umgang mit Werkzeugen wie Bohrmaschinen, Feilen, Fräsen etc, mit den Materialien Holz, Metall und Plastik war für die meisten Teilnehmer eine erste Erfahrung. Trotz der anfänglichen Zurückhaltung bei der praktischen Fertigung der Rakete war am dritten Tag ein geübterer Umgang mit dem Werkzeug und den Materialien festzustellen.
Die ganze Gruppe hatte bei den Starts der selbstgebauten Raketen Spaß, wobei natürlich auch diverse Fehlstarts zur Auflockerung beitrugen.
Abweichungen von den Planungen:
Ursprünglich war geplant, dass die Teilnehmer nach dem Bau der Raketen einige Gesetzmäßigkeiten des Flugverhaltens durch Variieren von Parametern kennenlernen. Dazu sollte eine Ergebnisstabelle erstellt werden, die die Flugweiten nach Ändern von Startwinkel, Druck und Wasserbetankung auflistet, und so sollten Zusammenhänge so erkennbar werden.
Das Bauen der Raketen dauerte aber länger als geplant, vor allem weil nur zwei bis drei Teilnehmer gleichzeitig arbeiten konnten.
In dieser Situation war es sehr hilfreich, dass vor dem Werkraum des Ev. Jugendheims Rotthausen ein Spielbereich mit Fußballkickern und einem Air-Hockey-Tisch vorhanden war, so dass die Wartezeit für die Jugendlichen nicht in Langeweile wechselte.
Ebenfalls aus Zeitgründen ist der anschließend geplante Wettbewerb entfallen, in dem die Jugendlichen die jeweils zu Ihrer Rakete gefundene Wertetabelle einsetzen sollten, um bestimmte Vorgaben zu erreichen.

Dipl. Phys.-Ing. Matthias Klockhaus
 

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