CD-Luftkissenboot

Was das Kind lernt

• Was Reibung ist und wie sie einen gleitenden Gegenstand bremst.
• Dass eine hauchdünne Schicht Luft unter Druck einen Gegenstand anheben und die Reibung fast aufheben kann: So funktionieren Luftkissenboote und Airhockey.
• Dass der gedehnte Ballon die Luft hinausdrückt (Druck) und dass die Luft durch ein kleines Loch länger reicht.
• Strecken und Zeiten zu messen, um Oberflächen und Ballongrößen zu vergleichen.

Vorher vorbereiten

• Wasch und trockne den Sportverschluss und prüfe, ob die Tülle gut auf- und zugeht und im geschlossenen Zustand keine Luft durchlässt (von unten hineinpusten).
• Wisch die CD mit einem Tuch ab: Staub oder Fett verhindern, dass der Heißkleber hält.
• Drucke die Zentrierhilfe A bei 100 % aus und schneide sie aus.
• Blas den Ballon 2–3-mal auf und lass die Luft wieder heraus, um ihn zu dehnen: Danach lässt er sich leichter aufblasen und aufziehen.
• Such dir eine Testfläche: Tisch mit Melaminbeschichtung, Glas oder glatter, sauberer Boden von mindestens 1,5 m.

Materialien und Werkzeuge

• Alte CD oder DVD — 1
  Ø 120 mm, Mittelloch 15 mm, flach und ohne Risse
• Sportverschluss einer Flasche — 1
  Verschluss mit Auf-zu-Tülle (Push-Pull) von einer Wasser- oder Sportgetränkeflasche; Unterseite Ø 30–38 mm
• Luftballon — 2 (einer als Ersatz)
  Partyballon, aufgeblasen 25–30 cm Durchmesser (10–12 Zoll)
• Heißklebesticks — 1
  für die Heißklebepistole
• Klebeband — 1 Stück 3 × 3 cm
  für den optionalen Drossel-Aufkleber (Teil B)
• Papier — 1 Blatt
  zum Ausdrucken der Zentrierhilfe A

Werkzeuge

• Heißklebepistole — den Verschluss auf die CD kleben und abdichten Erwachsene
• Schere — die Zentrierhilfe (und das Fenster für den Verschluss) und den Aufkleber ausschneiden
• Permanentmarker — den Kreis des Verschlusses durch die Zentrierhilfe auf der CD anzeichnen
• Vorstecher oder dicke Nadel — das 3-mm-Loch in den Aufkleber stechen Erwachsene
• Maßband — die zurückgelegte Strecke messen

Teile und Vorlagen

• A · Zentrierhilfe für den Verschluss ×1 — Papier
• B · Drossel-Aufkleber (optional) ×1 — Klebeband oder dünner Fotokarton

Schritt für Schritt

1. Schließe die Tülle

   Drück die Tülle des Sportverschlusses nach unten, bis es klickt: Jetzt ist sie zu. Puste von unten in den Verschluss, um zu prüfen, dass keine Luft durchkommt.

2. Bereite die CD vor

   Wisch die CD mit einem trockenen Tuch ab und leg sie mit der bedruckten Seite (dem Etikett) nach oben. Schneide aus der Zentrierhilfe A den Kreis deines Verschlusses aus (orange Ø 34 mm oder grau Ø 38 mm), vom Mittelloch aus beginnend: Es entsteht ein Fenster. Leg A bündig auf die CD und zieh den Fensterrand mit Permanentmarker nach. Nimm das Papier weg.

   Prüfe: Auf der CD ist ein Kreis um das Loch angezeichnet, rundherum gleich weit vom Loch entfernt (etwa 9,5 mm bei Ø 34).

3. Klebe den Aufkleber auf (optional) Erwachsene

   Wenn du lange Flüge willst, sticht der Erwachsene mit dem Vorstecher ein kleines 3-mm-Loch genau in die Mitte von Aufkleber B. Klebe den Aufkleber dann oben auf das Mittelloch der CD, mit dem kleinen Loch in der Mitte, und drück die Ränder gut an.

   Tipp: Bau zuerst die Version ohne Aufkleber und probiere dann mit: So kannst du vergleichen.

4. Klebe den Verschluss auf Erwachsene

   Der Erwachsene zieht eine durchgehende Raupe Heißkleber von etwa 3 mm rund um den unteren Rand des Verschlusses (an der Gewindeöffnung) und setzt ihn auf die CD, mit dem Rand genau auf dem angezeichneten Kreis. Drück ihn 20 Sekunden an.

   Prüfe: Schau von der Seite: Der Kleber bildet zwischen Verschluss und CD einen Ring ohne Lücken.

5. Außen abdichten Erwachsene

   Zieh außen eine zweite, dünne Raupe Heißkleber an der Verbindung zwischen Verschluss und CD, einmal ganz herum. 10 Minuten abkühlen lassen (30 min bei neutralem Silikon).

   Prüfe: Puste bei offener Tülle hinein, die Scheibe umgedreht und das Loch mit dem Finger zugehalten: An der Verbindung darf keine Luft austreten.

6. Blas den Ballon auf

   Blas den Ballon auf etwa 20–25 cm Durchmesser auf (nicht ganz voll: So ist er leichter zu handhaben). Dreh den Hals 2-mal ein und halte ihn mit den Fingern fest, damit keine Luft entweicht.

7. Zieh den Ballon auf

   Macht das zu zweit. Einer hält die Scheibe und den eingedrehten Hals, damit keine Luft entweicht; der andere dehnt die Ballonöffnung mit beiden Händen und zieht sie über die geschlossene Tülle, bis sie mindestens 1 cm bedeckt ist. Jetzt den eingedrehten Hals loslassen: Die geschlossene Tülle hält die Luft zurück.

   Tipp: Lässt sich die Ballonöffnung schwer dehnen, weite sie vorher, indem du den Ballon 2–3-mal aufbläst und die Luft herauslässt.

8. Stell es auf den Tisch

   Stell das Hovercraft in die Mitte einer glatten, sauberen Fläche von mindestens 1,5 m. Halte den Ballon oben fest, damit er senkrecht steht.

9. Öffne die Tülle und schubse

   Zieh die Tülle nach oben, indem du sie über den Ballonansatz greifst (oder den Ballonhals zusammendrückst und ziehst). Sobald du die Luft ausströmen hörst, gib der Scheibe mit einem Finger einen sanften Schubs.

   Prüfe: Die Scheibe gleitet gerade und weit, fast ohne zu bremsen, während der Ballon schrumpft.

10. Vergleiche ohne Luft

    Wenn der Ballon leer ist, stell die Scheibe wieder an den Start und gib ihr denselben Schubs. Miss mit dem Maßband jeweils die zurückgelegte Strecke.

    Prüfe: Ohne Luft bleibt sie nach wenigen Zentimetern stehen; mit Luft kommt sie ein Vielfaches weiter.

Funktioniert es? Der Test

Markiere auf einem glatten Tisch eine Startlinie. Schubse die Scheibe mit einem gleichen, sanften Stoß an (zum Beispiel mit einem Bleistift, der von einem schräg gestellten Buch rollt), erst mit offenem Ballon, dann mit leerem. Miss die Strecke und stopp, wie lange sie schwebt.

Was passieren soll: Ohne Aufkleber: schwebt 5–15 s und legt mit einem sanften Stoß mehr als 1 m zurück; ohne Luft bleibt sie nach 5–15 cm stehen. Mit dem 3-mm-Aufkleber: schwebt 20–40 s, niedriger, aber genauso leichtgängig.

Wenn etwas nicht klappt

• Luft strömt aus, aber die Scheibe schwebt nicht — Undichte Stelle zwischen Verschluss und CD oder raue Oberfläche. Lösung: Prüfe die Kleberdichtung und bessere sie nach; teste auf Glas oder Melamin.
• Der Ballon ist in weniger als 5 s leer — Zu viel Luftstrom durch das 15-mm-Loch (Tülle ganz offen oder Ballon zu wenig aufgeblasen). Lösung: Klebe Aufkleber B mit 3-mm-Loch auf oder öffne die Tülle nur halb.
• Der aufgeblasene Ballon lässt sich einfach nicht aufziehen — Ballon neu und steif oder zu prall aufgeblasen. Lösung: Weite ihn vorher durch 2–3-maliges Aufblasen, blas ihn weniger auf und macht es zu zweit.
• Die Scheibe kippt und schleift auf einer Seite — Verschluss nicht mittig oder Ballon schief. Lösung: Zeichne den Kreis mit Zentrierhilfe A auf der CD an und klebe den Verschluss genau auf die Markierung; halte den Ballon beim Loslassen senkrecht. Ein kleinerer Ballon kippt weniger.
• Der Verschluss löst sich — Sekundenkleber oder CD mit Staub/Fett. Lösung: Mit Alkohol reinigen und mit Heißkleber oder neutralem Silikon kleben.
• Sie fährt immer zur selben Seite — Tisch nicht waagerecht oder Luft tritt auf einer Seite stärker aus. Lösung: Prüfe, ob der Tisch eben ist (eine Murmel darf nicht von allein rollen) und ob die CD verzogen ist.

Sicherheit

• Luftballons: Erstickungsgefahr für Kinder unter 8 Jahren, wenn sie sie in den Mund nehmen oder durch Stücke geplatzter Ballons. Beaufsichtige sie und wirf kaputte Stücke sofort weg.
• Die Heißklebepistole verbrennt (≈ 170 °C an der Spitze und frisch aufgetragener Kleber): Sie wird vom Erwachsenen benutzt.
• Ist die CD zerkratzt oder gerissen, kann sie brechen, und die Kanten schneiden: Nimm eine heile.
• Bei Latexallergie: latexfreie Luftballons verwenden.

Die Wissenschaft dahinter

Für die Kinder

Wenn du eine Scheibe über den Tisch schiebst, reibt ihr Bauch am Tisch, und das bremst sie: Das ist Reibung. Bei unserem Hovercraft drückt der Ballon die Luft zusammen und schiebt sie durch das kleine Loch nach unten. Die Luft passt nicht hinein und drängt sich zwischen Scheibe und Tisch, sodass sie die Scheibe ein winziges bisschen anhebt, so wenig, dass du es nicht siehst. Jetzt berührt die Scheibe den Tisch nicht mehr: Sie fährt auf einem unsichtbaren Luftkissen, und deshalb gleitet sie mit einem sanften Schubs superweit.

Für Erwachsene

Der gedehnte Ballon hält die Luft auf einem Überdruck von etwa 2–4 kPa. Das Ganze (CD 16 g + Verschluss 4 g + Ballon 3 g ≈ 23 g, Gewichtskraft ≈ 0,23 N) liegt auf einer Fläche von ≈ 110 cm² (Ø 120 mm minus Loch), also genügt ein mittlerer Druck von ≈ 20 Pa unter der Scheibe, um das Gewicht auszugleichen: Die Scheibe hebt sich, bis der Spalt zum Tisch (Zehntelmillimeter) den gesamten Luftstrom bei diesem Druck entweichen lässt. Da es keinen Festkörperkontakt gibt, wird die trockene Reibung (Koeffizient 0,2–0,4 für Kunststoff auf Melamin) durch die Viskosität der Luft in einem dünnen Film ersetzt, hunderte Male kleiner: Die Scheibe behält fast ihre ganze Geschwindigkeit (erstes newtonsches Gesetz). Die Dauer hängt vom Luftstrom ab; der 3-mm-Aufkleber verkleinert den Durchlass gegenüber dem 15-mm-Loch etwa 25-fach, verlängert den Flug deutlich, und trotzdem bleibt mehr als genug Druck, um die Scheibe zu tragen. Auf rauen Oberflächen entweicht der Luftfilm durch die Vertiefungen und der Druck bleibt nicht erhalten. Es ist dasselbe Prinzip wie bei Airhockey, Luftkissenbooten mit Schürze und den Luftlagern von Präzisionsmaschinen.

• Reibung: Kraft, die zwei aneinander reibende Flächen bremst.
• Luftkissen: dünne Schicht Luft unter Druck, die die Scheibe vom Tisch trennt.
• Druck: wie stark die Luft auf jedes Stückchen Fläche drückt.
• Luftkissenboot: Fahrzeug, das auf einem Luftkissen schwebend vorankommt (auf Englisch: Hovercraft).
• Luftstrom: Menge Luft, die pro Sekunde ausströmt.

Nach Alter

• 5–7 Jahre: Der Erwachsene klebt den Verschluss und zieht den Ballon auf; das Kind bläst auf (oder hilft), öffnet die Tülle und schubst. Spiel: „Wie weit kommt sie mit und ohne Luft?“, mit Stickern markiert.
• 8–10 Jahre: Sie bauen alles selbst außer dem Heißkleben. Lass sie Strecken mit und ohne Luft messen und drei Oberflächen ausprobieren.
• 11–12 Jahre: Lass sie den Druck berechnen, der nötig ist, um die Scheibe anzuheben (Gewicht / Fläche), und den Aufkleber entwerfen, der den längsten Flug ergibt, ohne dass sie aufhört zu schweben.

In der Gruppe oder in der Klasse

Zu zweit, eine Scheibe pro Paar (bitte die Familien eine Woche vorher um alte CDs und Sportverschlüsse). Der Erwachsene klebt alle Verschlüsse vor der Einheit oder an einer Klebestation fest. Einheit von 40 min: 10 min Ballon aufziehen, 20 min Tests an 3 Stationen (glatter Tisch, Fliesenboden, raue Fläche) und 10 min Rennen auf einer 2-m-Bahn über zusammengeschobene Tische. Halte Ersatzballons bereit (2 pro Paar).

Challenges

• Entwirf ein Hovercraft, das länger als 60 Sekunden schwebt.
• Macht ein Rennen: Wer kommt mit einem einzigen Schubs am weitesten?
• Bau ein Hovercraft aus einem Kunststoffteller mit Ø 22 cm und zwei Ballons: Kann es 20 g Last tragen?
• Befestige seitlich einen geknickten Strohhalm, damit die Luft es von selbst antreibt, ohne Schubsen (Rückstoßantrieb).

Weitere kostenlose Projekte

• Ballonrakete an der Schnur
• Papierflieger-Gleiter
• Druckluft-Raketenwerfer
• Gummimotor-Auto
• Luftballon-Auto
• Rakete aus Essig und Natron
• Solarauto mit Riemenantrieb
• Pop-Pop-Boot mit Teelicht

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