Druckluft-Raketenwerfer

Was das Kind lernt

• Dass Luft Platz braucht und mit großer Kraft drückt, wenn man sie plötzlich zusammenpresst (Druck = Kraft / Fläche).
• Actio und Reactio: Die Luft drückt die Rakete nach oben, während der Fuß die Flasche nach unten drückt.
• Warum Flossen hinten und etwas Gewicht an der Spitze eine Rakete gerade fliegen lassen (Schwerpunkt vor dem Druckpunkt).
• Wie man Höhen mit einer Stoppuhr misst: h ≈ g·t²/8 aus der gesamten Flugzeit.

Vorher vorbereiten

• Drucke die Vorlagen mit 100 % aus und prüfe mit einem Lineal die rote 50-mm-Linie in der Kopfzeile.
• Kürze das PVC-Rohr auf 270 mm und schleife den Grat an den Enden ab: Ein rauer Rand würde die Rakete aufreißen.
• Halte das Schlauchende 1 Minute in heißes Leitungswasser und schiebe 30 mm des PVC-Rohrs stramm hinein. Teste es, indem du mit zugehaltener Rohrspitze hineinbläst: An der Verbindung darf keine Luft entweichen.
• Wähle den Ort: Hof, Park oder Strand mit mindestens 10 × 10 m freier Fläche, ohne Leitungen, Fenster oder Autos in der Nähe.
• Halte eine zweite Flasche als Ersatz bereit: Nach 20–30 Tritten ist die Flasche zerknittert und verliert Kraft.

Materialien und Werkzeuge

• Plastikflasche (PET) — 1
  1,5–2 L, Wasser- oder Limoflasche, glatt und ohne Dellen, ohne Deckel
• Gartenschlauch — 1 Stück, 80–100 cm
  15 mm Innendurchmesser (5/8 Zoll), Außendurchmesser ≈ 20 mm
• Starres PVC-Rohr — 1 Stück, 270 mm
  starres Elektro-Installationsrohr, Ø 16 mm außen (Baustellenrest)
• Wellpappe — 1 Bogen, 30 × 40 cm
  einwellig, 3–4 mm (Versandkarton), für Grundplatte und Stützen
• Druckerpapier — 2 A4-Blätter
  80 g/m²: eins für den Raketenkörper, eins als Abstandshalter beim Aufrollen
• Fotokarton — 1 Stück, 15 × 10 cm
  160–200 g/m², für Spitze und Flossen
• Knete — 3 g (eine Kugel mit Ø 15 mm)
  Stopfen und Ballast in der Spitze
• Gewebeband (Panzertape) — ≈ 1 m
  für dichte Verbindungen und um das Rohr an den Stützen zu befestigen
• Durchsichtiges Klebeband — 1 Rolle
  um Körper und Spitze zu schließen und die Flossen anzukleben
• Temperafarben oder Filzstifte — nach Belieben
  die Rakete VOR dem Aufrollen verzieren (nasses Papier wellt sich)

Werkzeuge

• Kleine Bügelsäge oder kräftiges Cuttermesser — das PVC-Rohr auf 270 mm kürzen Erwachsene
• Cuttermesser, Metalllineal und Schneidematte — Grundplatte und Stützen aus Karton schneiden Erwachsene
• Schere — Körper, Spitze, Flossen und Flossenschablone ausschneiden
• Heißklebepistole — die Stützen auf die Grundplatte kleben Erwachsene
• 10-m-Maßband und Stoppuhr (Handy) — Entfernungen und Flugzeiten messen

Teile und Vorlagen

• A · Grundplatte der Startrampe ×1 — Wellpappe 3–4 mm
• B · Stütze für das Führungsrohr ×3 — Wellpappe 3–4 mm
• C · Raketenkörper ×1 — Papier 80 g/m²
• D · Raketenspitze (Kegel) ×1 — Fotokarton 160–200 g
• E · Flosse ×3 — Fotokarton 200 g oder Karton einer Müslischachtel
• F · Schablone zum Anbringen der Flossen ×1 — Papier
• G · Führungsrohr ×1 — starres PVC-Rohr Ø 16 mm
• H · Schlauch ×1 — Gartenschlauch, Innen-Ø 15 mm

Schritt für Schritt

1. Bereite die Flasche vor

   Entferne Deckel und Etikett einer 1,5–2-L-Flasche. Drück sie mit den Händen zusammen, um zu prüfen, dass sie keine Risse hat: Beim Loslassen muss sie von selbst wieder ihre Form annehmen.

2. Steck den Schlauch in die Flasche

   Umwickle das freie Schlauchende mit 2–3 Lagen Gewebeband, bis es stramm in den Flaschenhals passt. Steck es 3 cm hinein und deck die Verbindung mit 4 weiteren Lagen Band ab, halb auf dem Hals und halb auf dem Schlauch.

   Prüfe: Halte die Spitze des Führungsrohrs mit dem Daumen zu und tritt sanft auf die Flasche: An keiner Verbindung darf man Luft hören oder spüren.

3. Schneide Grundplatte und Stützen zu Erwachsene

   Klebe die Vorlagen A und B mit dem Klebestift auf den Karton. Schneide mit Cuttermesser und Lineal die Grundplatte (240 × 240 mm) und die 3 Stützen aus, einschließlich der 4 × 30 mm großen Kerbe an der senkrechten Kante. Rille die Faltlinie der Klebelasche jeder Stütze mit einem leeren Kugelschreiber.

4. Baue die Halterung Erwachsene

   Knicke die Klebelasche jeder Stütze um 90° und klebe sie mit Heißkleber auf ihre Linie auf der Grundplatte A, die senkrechte Kante zur Mitte, die Kerbe unten. Die drei senkrechten Kanten müssen 8 mm vom Mittelpunkt entfernt sein und so eine Öffnung für das 16-mm-Rohr bilden; die Kerben lassen Platz für den dickeren Schlauch.

   Prüfe: Steck das Rohr zwischen die drei Stützen: Es muss senkrecht stehen und alle drei oberhalb der Kerben berühren.

5. Befestige das Führungsrohr

   Setz das Rohr G zwischen die Stützen, das Schlauchende unten, 70 mm über dem Boden: Die Verbindung liegt auf Höhe der Kerben und der Schlauch führt durch die markierte Lücke in der Grundplatte hinaus. Binde es mit zwei Lagen Gewebeband an die Stützen: eine bei 110 mm über dem Boden und eine bei 160 mm (beide auf dem Rohr, oberhalb der Schlauchverbindung).

   Prüfe: Das obere Rohrende ist 340 mm über dem Boden und der Schlauch ist nicht scharf abgeknickt.

6. Verziere das Papier für den Körper

   Male oder zeichne auf die ausgedruckte Vorlage C (sie ist selbst der Raketenkörper). Nimm Filzstifte oder nur sehr wenig Temperafarbe und lass alles 10 Minuten trocknen: Nasses Papier wellt sich und rutscht dann nicht mehr über das Rohr.

7. Roll den Körper auf dem Rohr auf

   Wickle ein glattes A4-Blatt (den Abstandshalter) um das Führungsrohr, damit die Rakete nicht zu eng sitzt. Roll darüber das Teil C straff auf, beginnend an der markierten Kante, und schließ die Längsnaht mit einem 160 mm langen Streifen durchsichtigem Klebeband.

   Prüfe: Zieh den Abstandshalter heraus und steck den Körper wieder aufs Rohr: Er muss von selbst gleiten, ohne herunterzufallen oder zu klemmen.
   Tipp: Klebe die Anfangskante mit einem Stückchen Band am Abstandshalter fest, damit sie dir beim Aufrollen nicht wegrutscht.

8. Setz den Knetstopfen ein

   Form eine Kugel aus 3 g Knete (Ø 15 mm), drück sie zu einer Scheibe flach und schieb sie 10 mm in ein Ende des Körpers, bis sie das Loch vollständig verschließt. Kleb zwei Streifen Band über Kreuz über dieses Ende.

   Prüfe: Puste durch das andere Ende des Rohrs: An der Spitze darf keine Luft austreten.

9. Bau die Spitze

   Schneide den Kreisausschnitt D aus, roll ihn zu einem Kegel, wobei eine Kante bis zur markierten Linie überlappt, und kleb ihn außen mit Band zu. Setz ihn auf das Ende mit dem Stopfen und befestige ihn mit 3 kurzen, rundum verteilten Bandstreifen.

   Prüfe: Die Grundfläche des Kegels schließt ohne Stufe an den Körper an; die Rakete ist etwa 205 mm lang.

10. Markiere die Flossen und kleb sie an

    Schieb die Schablone F über das Heck und markiere drei Striche im Abstand von 120°. Schneide die 3 Flossen E aus, knick ihre 6-mm-Klebelasche um und kleb sie mit Band auf die Striche, die 45-mm-Wurzel bündig mit dem unteren Rand des Körpers.

    Prüfe: Schau von hinten auf die Rakete: Die Flossen bilden ein symmetrisches Y und stehen gerade, nicht schief.

11. Prüfe das Gleichgewicht

    Leg die Rakete auf einen Finger und such den Punkt, an dem sie im Gleichgewicht ist. Er muss in der vorderen Hälfte liegen, etwa 110–115 mm vom Heck entfernt (die Rakete ist 205 mm lang). Liegt er näher am Heck, gib 1 g Knete in die Spitze.

    Tipp: Mit dem Gewicht vorn und den Flossen hinten fliegt die Rakete wie ein Dartpfeil: immer mit der Spitze voraus.

12. Bereite den Startbereich vor Erwachsene

    Stell die Startrampe auf eine freie Fläche von mindestens 10 × 10 m, ohne Leute davor. Leg den Schlauch gerade aus und stell die Flasche 1 m vom Rohr entfernt hin. Zieh mit Kreide eine Linie in 2 m Abstand, die außer der Person, die tritt, niemand überschreitet.

13. Lade die Rakete

    Blas vor dem Laden die Flasche wieder auf, indem du kräftig durch das Rohr pustest oder an ihren Seiten ziehst, bis sie ihre Form zurückhat. Schieb dann die Rakete über das Führungsrohr, bis der Stopfen das Rohrende berührt.

    Prüfe: Der untere Rand der Rakete ist etwa 20 mm über den Stützen.

14. Countdown und Tritt

    Zähl laut „3, 2, 1“ und tritt kräftig und ruckartig mit flachem Fuß mitten auf die Flasche. Die Rakete muss 8 bis 15 m nach oben schießen.

    Tipp: Ein schneller Tritt funktioniert viel besser als ein kräftiger, aber langsamer: Entscheidend ist, wie schnell die Luft herauskommt.

Funktioniert es? Der Test

Starte 3-mal mit senkrechtem Rohr und stoppe die Zeit vom Abheben bis zur Landung. Neige dann die Startrampe um 45° (leg ein Buch unter die Grundplatte) und miss mit dem Maßband die waagerechte Entfernung.

Was passieren soll: Mit einer 2-L-Flasche und einem kurzen, kräftigen Tritt dauert der senkrechte Flug 2,5–3,5 s, das entspricht 8–15 m Höhe (h ≈ 9,8 × t² / 8). Bei 45° Neigung landet sie nach 15–25 m. Schafft sie nicht mehr als 2–3 m, gibt es ein Luftleck oder die Rakete sitzt zu locker.

Wenn etwas nicht klappt

• Die Rakete hebt kaum 1–2 m ab — Luftleck an einer Verbindung oder Rakete sitzt locker auf dem Rohr. Lösung: Halte die Rohrspitze mit dem Finger zu und tritt: Finde die Stelle, an der es zischt, und kleb Gewebeband darüber. Wackelt die Rakete auf dem Rohr, roll eine neue ohne Abstandshalter oder mit mehr Windungen.
• Die Rakete startet nicht, sie klemmt — Körper zu eng oder durch die Farbe gewellt. Lösung: Roll einen neuen Körper mit Abstandshalter und verziere ihn mit Filzstift statt Temperafarbe. Er muss von selbst über das Rohr gleiten.
• Sie fliegt in Spiralen oder kommt seitlich zurück — Schiefe Flossen oder zu wenig Gewicht in der Spitze. Lösung: Richte die Flossen mit der Schablone F gerade aus und gib 1 g Knete in die Spitze, bis der Gleichgewichtspunkt in der vorderen Hälfte liegt.
• Die Spitze löst sich in der Luft — Die Luft dringt durch den Stopfen und drückt die Spitze weg. Lösung: Mach den Stopfen neu mit mehr, fest angedrückter Knete und versiegle das Ende mit Band über Kreuz, bevor du die Spitze aufsetzt.
• Der Schlauch rutscht beim Treten aus der Flasche — Verbindung zu locker. Lösung: Wickle mehr Band um das Schlauchende, bis es stramm passt, und deck die Verbindung mit 4–5 weiteren Lagen ab.
• Sie fliegt jedes Mal weniger weit — Die Flasche ist zerknittert und bekommt ihr Volumen nicht zurück. Lösung: Puste zwischen den Starts durch das Rohr, um sie aufzublasen, oder nimm eine andere Flasche.

Sicherheit

• Starte immer im Freien, nie in Richtung von Menschen, Tieren, Fenstern oder Leitungen. Niemand steht vor der Startrampe oder schaut von oben ins Rohr.
• Wer auf die Flasche tritt, bleibt 1 m vom Rohr entfernt; alle anderen hinter der 2-m-Linie.
• Bring keine harten oder metallischen Spitzen an der Rakete an: Die Spitze aus Fotokarton und Knete ist absichtlich weich.
• Wenn mehrere Kinder durch das Rohr pusten, um die Flasche aufzublasen, wisch das Mundstück zwischen den Durchgängen mit einem Tuch und Alkohol ab.
• Das PVC zu schneiden und Cuttermesser und Heißkleber zu benutzen, ist Aufgabe des Erwachsenen.

Die Wissenschaft dahinter

Für die Kinder

Luft scheint nichts zu sein, aber sie braucht Platz. Wenn du auf die Flasche trittst, nimmst du ihr plötzlich den Platz weg, und die zusammengedrückte Luft sucht einen Ausweg. Es gibt nur einen Weg: Schlauch und Rohr. Oben trifft sie auf die Rakete, die den Ausgang verschließt, und schiebt sie mit Kraft weg – so wie das Papier, das wegfliegt, wenn du durch einen Strohhalm pustest. Die Flossen hinten wirken wie die Federn eines Pfeils, damit sie gerade fliegt.

Für Erwachsene

Beim Treten sinkt das Flaschenvolumen in etwa 0,1 s von ≈ 2 L auf ≈ 1 L. Die Luft kann nicht so schnell durch den Schlauch entweichen, also steigt ihr Druck kurzzeitig an (Überdruck in der Größenordnung von 0,2–0,5 bar). Dieser Druck wirkt auf den inneren Querschnitt der Rakete (Ø ≈ 16,5 mm, ≈ 2,1 cm²): F = p·A ≈ 4–10 N auf eine Masse von ≈ 8 g, also Beschleunigungen von Hunderten m/s² über die 16 cm Weg auf dem Rohr. Die Rakete verlässt es mit 12–18 m/s und steigt, abzüglich des Luftwiderstands, etwa 8–15 m hoch (h = v²/2g). Das Spiel zwischen Körper und Rohr muss minimal sein: Jedes Leck verringert den wirksamen Druck. Die Stabilität hängt von der relativen Lage des Schwerpunkts (durch die Knete nach vorn verlegt) und des aerodynamischen Druckpunkts (durch die Flossen nach hinten verlegt) ab: Liegt der erste vor dem zweiten, erzeugt jede Abweichung ein Drehmoment, das die Rakete wieder in die Strömung ausrichtet. Höhe aus der Flugzeit: Steigt und fällt sie frei, gilt t_Aufstieg = t/2 und h = g·t²/8 (etwas zu hoch geschätzt, weil die Reibung den Abstieg verkürzt).

• Druck: Kraft, mit der etwas auf jedes Stückchen Fläche drückt.
• Druckluft: Luft, die in weniger Platz gepresst ist, als sie hatte; sie drückt, um ihn zurückzubekommen.
• dicht: so verschlossen, dass weder Luft noch Wasser entweicht.
• Schwerpunkt: Punkt, an dem ein Gegenstand auf einem Finger im Gleichgewicht ist.
• Stabilisator: Teil (die Flossen), das die Rakete nach vorn ausgerichtet hält.

Nach Alter

• 5–7 Jahre: Der Erwachsene baut die ganze Startrampe und rollt den Körper. Das Kind verziert das Papier, klebt die Flossen mithilfe der Schablone an und tritt auf die Flasche. Konzentriere dich auf „Die Luft schiebt“.
• 8–10 Jahre: Sie bauen die ganze Rakete und helfen bei der Startrampe (Verbindungen mit Band, Stützen). Lass sie das Luftleck selbst entdecken, indem sie das Rohr zuhalten und treten.
• 11–12 Jahre: Lass sie Flugzeiten messen, Höhen berechnen und Designs in einer Tabelle vergleichen. Challenge: den Schwerpunkt einzeichnen und den Druckpunkt schätzen, indem sie die Umrisse der Rakete aus Karton ausschneiden und ausbalancieren.

In der Gruppe oder in der Klasse

Eine Startrampe für die ganze Klasse (oder zwei, damit niemand warten muss), vom Erwachsenen vor der Einheit vorbereitet. Jedes Kind oder Paar baut seine eigene Rakete (1 Blatt Papier, 1 Stück Fotokarton, 3 g Knete): 30 min im Klassenzimmer mit den ausgedruckten Vorlagen und dem 16-mm-Rohr als Form (halte 3–4 Rohrstücke zum Aufrollen bereit). Danach 30 min auf dem Hof: Reihe hinter der 2-m-Linie, jedes Kind lädt, zählt herunter und tritt; ein Mitschüler stoppt die Zeit, ein anderer schreibt mit. Halte 2 Ersatzflaschen und Gewebeband bereit.

Challenges

• Entwirf eine Rakete, die an einem Fallschirm landet (eine 20 × 20 cm große Plastiktüte, gefaltet in einer lose aufgesetzten Spitze).
• Bring die Rakete dazu, in einem 1-m-Reifen in 10 m Entfernung zu landen, indem du nur den Winkel der Startrampe änderst.
• Bau eine Doppel-Startrampe mit einem T-Stück und zwei Rohren: Welche Rakete gewinnt, wenn beide gleichzeitig starten?
• Bau eine 30 cm lange Rakete: Fliegt sie weiter oder weniger weit als die 20-cm-Rakete? Erkläre, warum.

Weitere kostenlose Projekte

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

Alle Projekte ansehen