Ballonrakete an der Schnur

Was das Kind lernt

• Das dritte newtonsche Gesetz: Der Ballon drückt die Luft nach hinten, und die Luft drückt den Ballon nach vorn.
• Dass die Führungsschnur das wilde Herumwirbeln eines freien Ballons verhindert und den ganzen Schub in Vorwärtsbewegung umsetzt.
• Dass Reibung (Strohhalm an der Schnur) und Schwerkraft (schräge Schnur) die Rakete bremsen.
• Zeit und Strecke zu messen und die Durchschnittsgeschwindigkeit zu berechnen (v = Strecke ÷ Zeit).
• Faire Tests zu machen: immer gleich stark aufblasen (Messring) und nur eine Sache verändern.

Vorher vorbereiten

• Drucke die Messringe und die Metermarken bei 100 % aus und prüfe die rote 50-mm-Linie im Kopf jedes Blatts.
• Such dir einen Flur oder Raum mit 5 m freier, gerader Strecke und zwei festen Befestigungspunkten auf gleicher Höhe (etwa 1–1,2 m).
• Blase jeden Ballon vor der Einheit einmal auf und lass die Luft wieder heraus: Das Latex wird weicher und lässt sich danach leichter aufblasen.
• Halte Ersatzballons bereit: Manche platzen oder verlieren ihre Form.

Materialien und Werkzeuge

• Längliche Luftballons — 3–5 kaufen
  „längliche“ Ballons oder „Wurstballons“, aufgeblasen etwa 10 × 40 cm (keine 5-cm-Modellierballons, die sind sehr schwer aufzublasen)
• Strohhalm — 1–2
  gerade, aus Kunststoff oder Papier, Ø 6–8 mm
• Glatte Schnur — 5 m (+ 1 m für die Knoten)
  Nylon-Angelschnur 0,3–0,5 mm oder glatte Drachenschnur
• Klebeband — 1 Rolle
  durchsichtig oder Malerkrepp, 19 mm breit
• Wäscheklammer — 1
  aus Holz oder Kunststoff, um das Mundstück beim Kleben zu verschließen
• Zwei schwere Stühle oder zwei Türknäufe — 2
  etwa 4,5–5 m voneinander entfernt
• Fotokarton — 1 A4-Blatt
  200–300 g/m², für die Messringe und die Entfernungsmarken

Werkzeuge

• Schere — Strohhalm, Klebeband und Messringe zuschneiden
• Maßband — Strecke und zurückgelegte Entfernung messen
• Stoppuhr (die vom Handy) — die Zeit für die Strecke messen
• Ballonpumpe (optional) — aufblasen, ohne zu ermüden und ohne Speichel

Teile und Vorlagen

• A · Führung (Strohhalmstück) ×1 — Strohhalm Ø 6–8 mm
• B · Führungsschnur ×1 — Angelschnur 0,3–0,5 mm
• C · Messring „voll“ (Ø 110 mm) ×1 — Fotokarton 200–300 g/m²
• D · Messring „halb“ (Ø 80 mm) ×1 — Fotokarton 200–300 g/m²
• E · Entfernungsmarken ×5 — Fotokarton

Schritt für Schritt

1. Schneide den Strohhalm zu

   Schneide ein 80 mm langes Stück Strohhalm ab (A). Wenn der Strohhalm einen Knick hat, nimm den geraden Teil.

2. Fädle die Schnur ein

   Schneide 6 m Angelschnur ab (B) und schieb ein Ende durch den Strohhalm. Schieb den Strohhalm bis zur Mitte der Schnur.

   Prüfe: Halte die Schnur schräg: Der Strohhalm muss von allein nach unten rutschen, ohne hängen zu bleiben.

3. Binde das erste Ende fest Erwachsene

   Binde ein Ende der Schnur in 1–1,2 m Höhe mit zwei Knoten an die Lehne eines schweren Stuhls (oder an einen Türknauf). Das ist der Start.

4. Spanne die Strecke Erwachsene

   Führe das andere Ende zum zweiten Stuhl in 4,5–5 m Entfernung und binde es auf gleicher Höhe fest, während du kräftig ziehst. Rück den Stuhl etwas weiter weg, wenn die Schnur straffer sein muss.

   Prüfe: In der Mitte darf die Schnur höchstens 3–5 cm durchhängen. Hängt sie mehr durch, bremst der Ballon am Anstieg am Ende ab.

5. Markiere die Meter

   Klebe die Marken E ab dem Start jeden Meter unter der Schnur auf den Boden (1, 2, 3, 4 und 5 m).

6. Blase den Ballon auf

   Blase einen länglichen Ballon auf, bis er gerade so durch den Messring „voll“ mit 110 mm passt (C). Binde ihn nicht zu: Dreh das Mundstück eine halbe Umdrehung und verschließ es mit der Wäscheklammer.

   Tipp: Wenn die Kinder ihn nicht aufblasen können, nimm eine Ballonpumpe oder lass einen Erwachsenen pusten.

7. Klebe den Ballon unter den Strohhalm

   Schieb den Strohhalm zum Startende. Halte den Ballon darunter, seine Längsachse parallel zur Schnur, das Mundstück zum Start hin. Klebe 2 Klebestreifen von 12 cm quer im Abstand von 4 cm auf, die den Strohhalm umschließen und an den Seiten des Ballons herunterlaufen.

   Prüfe: Schau von hinten: Das Mundstück muss genau mittig unter der Schnur sitzen, nicht zur Seite verdreht.

8. Countdown und loslassen

   Einer hält den Ballon, ein anderer macht die Stoppuhr bereit. Bei drei nimmst du die Klammer ab und lässt den Ballon gleichzeitig los. Stopp die Zeit, wenn er am Ende ankommt oder stehen bleibt.

   Prüfe: Der Ballon muss geradeaus starten, ohne sich um die Schnur zu drehen. Dreht er sich, richte das Mundstück wieder mittig aus.

9. Miss und rechne

   Notiere die zurückgelegte Strecke (an den Marken) und die Zeit. Teile die Strecke durch die Zeit: Schafft er 5 m in 2,5 s, beträgt die Durchschnittsgeschwindigkeit 2 m/s.

10. Wiederhole und vergleiche

    Zum Nachladen löst du vorsichtig nur das Klebeband auf einer Seite, bläst den Ballon wieder bis zum gleichen Messring auf, verschließt ihn mit der Klammer und klebst ihn wieder fest. Mach bei jedem Test 3 Würfe und berechne den Mittelwert.

    Tipp: Nimm alle 2–3 Würfe neue Klebestreifen; wenn sie trotzdem nicht gut halten, wechsle den Ballon.

Funktioniert es? Der Test

Strecke aus 5 m Angelschnur, straff gespannt und waagerecht, länglicher Ballon bis zum 110-mm-Messring aufgeblasen. Lass ihn an der Marke 0 los und stopp die Zeit.

Was passieren soll: Der Ballon legt die 5 m in etwa 2–3 s zurück (Durchschnittsgeschwindigkeit 1,7–2,5 m/s) und kommt am Ende noch mit etwas Luft an. Bis zum Messring „halb“ (80 mm) aufgeblasen schafft er meist nur 2–4 m. An rauem Wollfaden kommt er nicht einmal halb so weit.

Wenn etwas nicht klappt

• Der Ballon dreht sich um die Schnur und bleibt hängen — Ballon über der Schnur festgeklebt oder Mundstück verdreht. Lösung: Klebe den Ballon unter den Strohhalm, das Mundstück mittig genau unter der Schnur.
• Er bleibt mitten auf der Strecke stehen — Raue Schnur, lockere Schnur (Anstieg am Ende) oder zu wenig aufgeblasener Ballon. Lösung: Nimm Angelschnur, spanne stärker und blase bis zum Messring „voll“ auf.
• Er fliegt in Kurven und schlägt gegen die Schnur — Ballon schräg zur Schnur festgeklebt. Lösung: Richte den Ballon parallel zur Schnur aus, bevor du die Streifen aufklebst.
• Der Ballon verliert Luft, bevor du ihn loslässt — Mundstück schlecht verschlossen. Lösung: Dreh das Mundstück eine halbe Umdrehung und verschließ es mit der Wäscheklammer.
• Das Klebeband löst sich vom Ballon — Staub oder Talkum auf dem Ballon oder wiederverwendetes Klebeband. Lösung: Wisch den Ballon mit einem trockenen Tuch ab und nimm alle 2–3 Würfe neue Streifen.
• Der Ballon platzt beim Aufblasen — Zu stark aufgeblasen. Lösung: Hör beim 110-mm-Messring auf; längliche Ballons platzen am Ende, wenn man sie überdehnt.

Sicherheit

• Luftballons: Erstickungsgefahr für Kinder unter 8 Jahren durch nicht aufgeblasene Ballons oder Reste geplatzter Ballons. Ein Erwachsener passt auf und sammelt die Reste sofort ein.
• Prüfe, ob jemand in der Gruppe eine Latexallergie hat; dann nimm latexfreie Ballons.
• Mach die Schnur mit herabhängenden bunten Bändern sichtbar: Auf Halshöhe ist sie gefährlich, wenn jemand durch den Raum rennt.
• Jedes Kind hat seinen eigenen Ballon, oder die Ballons werden mit einer Pumpe aufgeblasen.
• Binde die Schnur nicht an Türen, die jemand plötzlich aufreißen könnte.

Die Wissenschaft dahinter

Für die Kinder

Der aufgeblasene Ballon drückt die Luft in seinem Inneren zusammen, so wie wenn du eine Wasserflasche zusammendrückst. Wenn du das Mundstück öffnest, schießt die Luft nach hinten heraus. Und jetzt kommt der Zaubertrick: Wenn der Ballon die Luft nach hinten drückt, drückt die Luft den Ballon nach vorn – genau wie wenn du auf Rollschuhen stehst und dich von einer Wand abstößt: Du rollst nach hinten. Die Schnur ist wie eine Bahnschiene: Sie lässt den Ballon nicht wild durchs Zimmer sausen, sondern führt ihn geradeaus bis ins Ziel.

Für Erwachsene

Das gedehnte Latex hält die Luft im Inneren auf einem Überdruck von etwa 2–4 kPa. Beim Öffnen strömt die Luft mit hoher Geschwindigkeit durch den Querschnitt des Mundstücks (≈ 0,5 cm²) aus; die Impulsänderung der nach hinten ausgestoßenen Luft bedeutet nach dem Impulserhaltungssatz (drittes newtonsches Gesetz) eine gleich große, entgegengesetzte Kraft auf den Ballon: Schub ≈ 2·ΔP·A ≈ 0,2–0,4 N über 1–2 s. Ballon und Strohhalm wiegen ≈ 5 g plus Luft, daher ist die Anfangsbeschleunigung sehr hoch, und die Geschwindigkeit wird durch den Luftwiderstand (proportional zu v²) und die Reibung des Strohhalms an der Schnur begrenzt. Die Führungsschnur beschränkt die Bewegung auf einen Freiheitsgrad: Ohne sie erzeugt jede Abweichung zwischen Schublinie und Schwerpunkt ein Drehmoment, das den Ballon chaotisch herumwirbeln lässt. Deshalb sollte der Ballon unter der Schnur hängen (Schwerpunkt darunter, stabile Lage) und das Mundstück ausgerichtet sein. Wird die Schnur geneigt, zieht die Gewichtskomponente entlang der Schnur (m·g·sin α) vom Schub ab. Ein stärker aufgeblasener Ballon enthält mehr Luft unter etwas höherem Druck: mehr Gesamtimpuls und größere Reichweite. Es ist dasselbe Prinzip wie bei echten Raketen, die sich nicht an der Luft „abstützen“, sondern Masse nach hinten ausstoßen.

• Actio und Reactio: Wenn du etwas drückst, drückt es dich mit der gleichen Kraft in die Gegenrichtung zurück.
• Antrieb: Vorwärtskommen, indem man etwas nach hinten ausstößt (Luft, Wasser, Gase).
• Reibung: Kraft, die bremst, wenn zwei Dinge aneinander reiben (Strohhalm und Schnur).
• Durchschnittsgeschwindigkeit: zurückgelegte Strecke geteilt durch die benötigte Zeit.
• Führung: Weg (Schiene, Schnur), der etwas zwingt, sich geradeaus zu bewegen.

Nach Alter

• 5–7 Jahre: Der Erwachsene baut die Strecke auf und bläst auf. Das Kind fädelt den Strohhalm ein, klebt die Streifen und lässt los. Konzentriere dich auf „Die Luft geht nach hinten, der Ballon nach vorn“.
• 8–10 Jahre: Sie bauen die Strecke zu zweit auf, verwenden den Messring und stoppen die Zeit. Die Geschwindigkeit berechnen sie mit dem Taschenrechner.
• 11–12 Jahre: Sie erstellen Tabellen und Diagramme der Strecke in Abhängigkeit von Aufblasen und Neigung und berechnen die Durchschnittsgeschwindigkeit. Challenge: die Masse des Ballons messen und den Schub abschätzen.

In der Gruppe oder in der Klasse

Teams zu dritt (Aufblaser, Starter und Zeitnehmer), mit 2–3 parallelen 5-m-Strecken im Abstand von 1 m in der Turnhalle oder im Flur für Wettrennen. Pro Team: 3 Ballons, 1 Strohhalm, 1 Klammer und Klebeband. Vorher: Strecken spannen und Metermarken aufkleben. Einheit von 40 min: 5 min Vorführung, 10 min Vorbereitung, 20 min Rennen und Experimente (jedes Team testet eine Variable) und 5 min gemeinsame Auswertung.

Challenges

• Gewinne ein Rennen auf zwei parallelen Schnüren gegen ein anderes Team.
• Bau eine Rakete, die an einer senkrechten Schnur von 2 m hochsteigt.
• Bau eine Verkleidung aus Fotokarton (Nase und Flossen), die weniger als 3 g wiegt, und teste, ob die Rakete schneller wird.
• Bring den Ballon zurück: Bau eine Hin-und-zurück-Strecke mit zwei Ballons in entgegengesetzter Richtung.
• Berechne die Durchschnittsgeschwindigkeit deines besten Wurfs in km/h (multipliziere m/s mit 3,6).

Weitere kostenlose Projekte

• Röhren-Taschenlampe mit Schalter
• Hebel-Katapult
• Schaumvulkan
• Dunkelkammer, die Bilder projiziert
• Scheibe mit zwei Seiten, die verschmelzen

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