Kettenreaktion auf dem Tisch

Was das Kind lernt

• Dass Energie von einem Gegenstand zum nächsten übergeht (Lage → Bewegung → Schall) und bei jedem Schritt etwas verloren geht; deshalb muss jede Stufe tiefer beginnen als die vorige oder einen ausreichenden Anstoß bekommen.
• Wie ein Hebel funktioniert: Ein kleines Gewicht weit vom Drehpunkt kann ein größeres nahe am Drehpunkt bewegen (Drehmoment = Gewicht × Abstand).
• Dass man ein komplexes System Stufe für Stufe baut und Fehler sucht, beginnend am Ende, und dass man Zuverlässigkeit durch Wiederholen misst (3 von 3).
• Messen und notieren: Abstände zwischen Dominosteinen, Rampenwinkel, Zeiten der ganzen Kette.

Vorher vorbereiten

• Räume einen stabilen Tisch von mindestens 120 × 60 cm frei, abseits von Durchgangswegen (jeder Stoß gegen den Tisch löst die Dominosteine aus).
• Drucke die Vorlagen mit 100 % und prüfe die rote 50-mm-Linie im Kopf jedes Blatts. Die Teile A und C sind länger als 27 cm: Zeichne sie mit dem Lineal direkt auf den Karton.
• Teste das Auto: Leg es auf eine um 10° geneigte Mappe (ein Ende auf einem 3 cm dicken Buch, 20 cm Mappe) und prüfe, ob es von selbst hinunterrollt.
• Forme die Knete zu Kügelchen von 1 cm (≈ 1 g pro Stück), um die Wippe einzustellen.
• Wenn du mit mehreren Kindern arbeitest, verteile die Stufen: Jedes baut und testet seine eigene, bevor ihr sie verbindet.

Materialien und Werkzeuge

• Wellpappe — 2 Bögen 50 × 40 cm
  einwellig, 3–4 mm (Versandkarton)
• Murmeln — 2 (1 als Ersatz)
  aus Glas, Ø 16 mm (≈ 5 g); eine mit Ø 25 mm ist besser, falls du eine hast
• Dominosteine — 10–15
  aus einem normalen Spiel, ≈ 48 × 24 × 7 mm (≈ 8 g)
• Spielzeugauto — 1
  Typ Hot Wheels oder Matchbox, ≈ 75 × 30 mm, Räder drehen sich frei
• Plastikbecher — 1–2
  Einweg- oder Mehrwegbecher, 200 ml (≈ 9 cm hoch)
• Schlüssel oder Glöckchen — 1 kleiner Bund (2–3 Schlüssel) oder 1 Glöckchen
  damit der Becher wie eine Glocke klingt
• Reißfester Faden — 40 cm
  dünne Schnur oder Drachenschnur
• Bücher — 6–8
  für einen Stapel von 20 cm und zwei Stapel von 18 cm (Brücke für den Becher)
• Schaschlikspieß oder Lineal — 1 Stück, 30 cm
  Querstange der Brücke, an der der Becher hängt
• Knete — ≈ 20 g
  für die Gegengewichte der Wippe und zum Befestigen des Klotzes der Rampe
• Klebeband — 1 Rolle
  Malerkrepp (lässt sich ablösen, ohne Bücher oder Tisch zu beschädigen)
• Bastelkleber oder Heißkleber — etwas
  zum Schließen des Drehpunkt-Prismas und zum Ankleben von Anschlag und Platte

Werkzeuge

• Cuttermesser, Metalllineal und Schneidematte — Rinnen und Kartonteile schneiden Erwachsene
• Leerer Kugelschreiber — Falzlinien rillen
• Schere — Vorlagen und kleine Teile ausschneiden
• Maßband — jede Stufe an ihren Platz im Grundriss stellen
• Handy — Zeit stoppen und in Zeitlupe filmen

Teile und Vorlagen

• A · Rinne der Rampe 1 ×1 — Wellpappe 3 mm
• B · Klotz am Rampenausgang (25 mm) ×1 — Wellpappe 3 mm
• C · Bahn-Wippe (Hebel) ×1 — Wellpappe 3 mm
• D · Anschlag für das Auto ×1 — Wellpappe 3 mm
• E · Drehpunkt (Dreiecksprisma) ×1 — Wellpappe 3 mm
• F · Aufprallplatte für den Dominostein ×1 — Wellpappe 3 mm
• G · Dominosteine aus Karton (wenn du kein Domino hast) ×24 — Wellpappe 3 mm
• H · Keil unter Ende S (20 mm) ×5 — Wellpappe 4 mm
• I · Lineal zum Aufstellen der Dominosteine ×1 — Papier oder Fotokarton

Schritt für Schritt

1. Wähle die Schlussaktion und plane

   Die Schlussaktion ist „die Glocke läuten“: ein aufgehängter Becher mit Schlüsseln darin. Übertrage den Grundriss des Tischs auf ein A4-Blatt (siehe Diagramm) und markiere mit Malerkrepp auf dem Tisch die Position jeder Stufe.

   Tipp: Schreib die Nummer der Stufe auf jedes Stück Klebeband: 1 Rampe, 2 Dominosteine, 3 Wippe, 4 Auto, 5 Becher, 6 Glocke.

2. Baue die Glocke (Stufen 5 und 6)

   Mach zwei Bücherstapel von 18 cm im Abstand von 25 cm und leg den Schaschlikspieß oder das Lineal als Brücke darauf. Binde 2–3 Schlüssel an einen 3 cm langen Faden und klebe sein anderes Ende innen an den Boden des Bechers, damit sie frei hängen und gegen die Wände schlagen. Binde den langen Faden außen am Boden fest und häng den Becher mit der Öffnung nach unten an die Brücke, der Rand 15 mm über dem Tisch.

   Prüfe: Schieb das Auto von Hand aus 20 cm gegen den Becher: Der Becher muss schwingen und die Schlüssel klingen. Wiederhole es 3-mal.

3. Baue die Bahn-Wippe Erwachsene

   Schneide Teil C (100 × 300 mm) aus, rille die Falzlinien bei 20 und 80 mm und falte es zu einem U. Klebe den Anschlag D an die 210-mm-Linie und die Platte F an die Außenseite einer Wand, am Ende X.

   Prüfe: Das Auto passt in die Rinne und rollt über den Boden, ohne dass die Räder an den Wänden schleifen.

4. Baue Drehpunkt und Keil

   Falte Teil E zu einem Dreiecksprisma mit 35 mm Seitenlänge und schließe es mit seiner Klebelasche. Klebe die fünf Lagen H zu einem 20 mm hohen Keil zusammen.

   Prüfe: Das auf einer Seite liegende Prisma ist bis zur Kante 30 mm hoch.

5. Stelle die Wippe auf

   Stell den Drehpunkt auf seine Markierung, quer zur Fahrtrichtung des Autos. Leg die Bahn mit ihrer 150-mm-Linie auf die Kante und verbinde beide mit einem 5 cm langen Klebestreifen als Scharnier. Schieb den Keil H unter das Ende S. Das Ende X muss 25–30 cm vom Becher entfernt sein und auf ihn zeigen.

   Prüfe: Wenn Ende S auf dem Keil liegt, ist Ende X etwa 40 mm über dem Tisch.

6. Stelle das Gleichgewicht ein (die heikle Stufe) Erwachsene

   Stell das Auto auf die Bahn, angelehnt an den Anschlag D. Klebe Knetkügelchen von 1 g unter das Ende S, bis die Bahn ruhig auf dem Keil bleibt, aber kippt und das Auto losrollt, wenn du einen Dominostein aus 5 cm auf die Platte F fallen lässt.

   Prüfe: 3 von 3: Dreimal hintereinander bleibt sie ruhig und dreimal hintereinander löst ein Stein sie aus.
   Tipp: Löst sie von selbst aus, gib 1 g bei S dazu. Bewegt der Stein sie nicht, nimm 1 g weg. Meist braucht man 2 bis 5 g.

7. Teste Wippe + Auto + Glocke

   Wenn alles steht, lass einen Stein auf die Platte F fallen. Die Wippe kippt, das Auto rollt hinunter, fährt 25–30 cm über den Tisch und trifft den Becher. Korrigiere das Zielen, indem du die Bahn etwas drehst.

   Prüfe: Die Schlüssel klingen 3-mal von 3. Wenn das Auto abweicht, klebe zwei Streifen Klebeband als „Leitplanken“ auf den Tisch.

8. Stelle die Dominosteine auf

   Leg das Lineal I auf den Tisch, parallel zur Bahn (in der Spur daneben) und auf die Platte F ausgerichtet. Stell 10 Steine auf, einen auf jeden Strich, den letzten 20 mm vom Rand der Platte entfernt. Zieh das Lineal langsam weg.

   Prüfe: Stoß den Stein 1 mit einem Finger an: Alle fallen, der letzte fällt auf die Platte F und löst die Wippe aus.
   Tipp: Lass eine „Sicherheitslücke“, indem du Stein 5 weglässt, während du die anderen aufstellst, und stell ihn erst zum Schluss hin: So wirft ein versehentlicher Stoß nicht alles um.

9. Baue die Murmelrampe Erwachsene

   Schneide Teil A (90 × 400 mm) aus, rille die Falzlinien bei 25 und 65 mm und falte es zu einem U. Falte den Klotz B zu einem Rohr von 25 × 25 mm und schließe es mit Klebeband.

   Prüfe: Die Murmel rollt durch die ganze Rinne, ohne herauszufallen.

10. Stelle die Rampe auf

    Mach einen Bücherstapel von 20 cm. Leg das Ende OBEN der Rinne darauf und den AUSGANG auf den Klotz B, in einer Linie mit der Dominoreihe und 5 mm vor dem ersten Stein. Befestige beide Auflagen mit Klebeband.

    Prüfe: Lass die Murmel los: Sie muss den ersten Stein in seiner oberen Hälfte treffen und nach vorn umwerfen (teste mit diesem Stein allein, ohne die anderen).

11. Teste die ganze Kette

    Stell alles auf, prüfe, ob Stein 5 steht, und lass die Murmel oben los, ohne sie anzuschubsen. Beobachte jede Stufe und notiere, welche versagt, wenn etwas nicht klappt.

    Prüfe: Die ganze Kette funktioniert 3-mal hintereinander. Wenn sie versagt, teste nur die Verbindung, die versagt hat.

12. Fixiere und filme

    Wenn sie 3 von 3 Mal funktioniert, markiere mit Klebeband die genaue Position jedes Teils auf dem Tisch, damit du sie in 2 Minuten wieder aufbauen kannst. Filme sie mit dem Handy von der Seite, wenn möglich in Zeitlupe, und stoppe die Zeit vom Loslassen der Murmel bis zum Klingen der Schlüssel.

Funktioniert es? Der Test

Baue die Kette 5-mal neu auf und lass jedes Mal die Murmel los. Stoppe die Zeit vom Loslassen bis zum Klingen der Schlüssel und notiere bei jedem Fehlversuch, an welcher Stufe es hakt.

Was passieren soll: Die ganze Kette dauert etwa 3–5 s und funktioniert mindestens 4 von 5 Mal. Am häufigsten versagt meist die Wippe (Knete um 1 g nachjustieren) oder der erste Dominostein (die Murmel kommt schief an).

Wenn etwas nicht klappt

• Die Murmel wirft den ersten Dominostein nicht um (schiebt ihn oder verfehlt ihn) — Sie trifft zu tief oder kommt seitlich an. Lösung: Achte darauf, dass der Ausgang auf dem 25-mm-Klotz B liegt, 5 mm vor dem Stein und in einer Linie; nimm eine größere Murmel, falls du eine hast.
• Die Dominoreihe bleibt mittendrin stehen — Steine zu weit auseinander oder einer steht schief. Lösung: Nimm das Lineal I (25 mm); in Kurven jeden Stein nur um wenige Grad gegenüber dem vorigen drehen.
• Die Wippe löst von selbst aus — Zu wenig Gewicht am Ende S oder der Tisch wackelt. Lösung: Gib 1 g Knete bei S dazu und berühre den Tisch nicht, während du den Rest aufstellst.
• Der Dominostein fällt auf die Platte, aber die Wippe bewegt sich nicht — Zu viel Gegengewicht bei S oder der Stein fällt auf den Rand der Platte. Lösung: Nimm 1 g Knete weg; stell den letzten Stein 15–20 mm vor die Platte, damit er in die Mitte fällt.
• Das Auto fährt nicht los oder bleibt auf der Bahn stehen — Die Räder schleifen an den Wänden oder das Gefälle ist zu gering. Lösung: Prüfe, ob der Boden 60 mm breit ist; erhöhe den Drehpunkt mit 5 mm Karton darunter, damit die Bahn nach dem Auslösen steiler ist.
• Das Auto erreicht den Becher nicht oder fährt daran vorbei — Unebener Tisch oder falsch ausgerichtete Bahn. Lösung: Rück den Becher näher (20 cm) und klebe Leitplanken aus Klebeband oder lege zwei Lineale auf den Tisch.
• Der Becher bewegt sich, klingt aber nicht — Die Schlüssel hängen nicht frei (sie kleben am Becher oder ihr Faden ist zu kurz) oder der Stoß ist zu schwach. Lösung: Häng sie an einen 3 cm langen Faden, der am Boden klebt, damit sie gegen die Wände schlagen; häng den Becher tiefer, damit das Auto den Rand trifft.

Sicherheit

• Das Cuttermesser benutzt ein Erwachsener mit Metalllineal und Schneidematte.
• Murmeln und kleine Steine: Erstickungsgefahr für Kinder unter 3 Jahren; sammle am Ende alle ein.
• Bücherstapel stabil (nicht höher als 25 cm) und weg von der Tischkante, damit sie nicht auf die Füße fallen.
• Tritt nicht auf herumliegende Murmeln: Heb sie sofort vom Boden auf, damit niemand ausrutscht.

Die Wissenschaft dahinter

Für die Kinder

Wenn du die Murmel oben auf die Rampe legst, gibst du ihr gespeicherte Energie, wie eine zusammengedrückte Feder. Lässt du sie los, wird diese Energie zu Bewegung und geht auf die Dominosteine über, die sich gegenseitig anschubsen wie eine Reihe umfallender Kinder. Der letzte drückt auf die Wippe, die wie eine Wippe auf dem Spielplatz ist: Eine Seite geht runter, die andere hoch, und das wartende Auto rollt bergab. Am Ende kommt die Energie beim Becher an und die Schlüssel machen daraus Klang. Bei jedem Schritt geht ein bisschen verloren, deshalb beginnt jede Stufe etwas tiefer.

Für Erwachsene

Jede Stufe ist eine Energieumwandlung mit einem „Auslöser“, der gespeicherte Energie freisetzt. Die Murmel (5 g) in 20 cm Höhe hat Ep = m·g·h ≈ 0,01 J; beim Rollen gehen 5/7 dieser Energie in Translation über (v ≈ 1,7 m/s). Die Dominosteine verstärken: Jeder Stein setzt beim Fallen seine eigene potenzielle Energie frei (Schwerpunkt von 24 mm auf ~4 mm), sodass sich die Welle mit nahezu konstanter Energie ausbreitet, auch wenn der Anfangsimpuls klein ist; der optimale Abstand liegt beim 0,5- bis 0,7-Fachen der Steinhöhe. Die Wippe ist ein zweiseitiger Hebel in nahezu indifferentem Gleichgewicht: Die Ruhebedingung lautet Σ(m·d) bei S > Σ(m·d) bei X, und ein zusätzliches Moment von ~1 000 g·mm (Stein von 8 g in 12 cm Abstand vom Drehpunkt) plus der Stoßimpuls reichen, um sie umzukehren. Beim Kippen steht das Auto auf einem Gefälle von ≈ 11° (30 mm Drehpunkt auf 150 mm Hebelarm) und rollt etwa 4 cm hinab, wobei es ≈ 0,9 m/s gewinnt; sein Gewicht verlagert sich Richtung X und verstärkt das Kippen (bistabiles System). Der Becher wirkt als Pendel: Die kinetische Energie des Autos geht auf den Becher über, und die Schlüssel geben sie als Schall ab. Ein Diagramm der Höhe pro Stufe zeigt, dass ohne Zufuhr von außen jede Stufe mit weniger potenzieller Energie starten muss als die vorige, es sei denn, sie setzt eigene gespeicherte Energie frei (Dominosteine, gespannte Wippe).

• Kettenreaktion: Folge von Ereignissen, bei der jedes das nächste auslöst.
• potenzielle Energie: Energie, die etwas gespeichert hat, weil es hoch liegt (oder in labilem Gleichgewicht steht, wie ein aufrechter Dominostein).
• kinetische Energie: Energie, die ein Gegenstand hat, weil er sich bewegt.
• Hebel: Stange, die sich um einen Drehpunkt dreht und mit der man Gewichte bewegen kann.
• Drehpunkt: Auflagepunkt, um den sich ein Hebel dreht.
• Auslöser: kleiner Anstoß, der gespeicherte Energie freisetzt.

Nach Alter

• 5–7 Jahre: Der Erwachsene baut Wippe und Rampe; die Kinder stellen die Dominosteine mit dem Lineal auf, hängen den Becher auf und lassen die Murmel los. Auf 4 Stufen verkürzen: Rampe, Dominosteine, Auto, das vom letzten Dominostein angeschubst wird, Becher.
• 8–10 Jahre: Sie bauen alle Teile mit Hilfe beim Cuttermesser und stellen die Wippe selbst mit Knete ein, wobei sie notieren, wie viele Gramm sie gebraucht haben. Arbeit zu zweit, jedes Paar eine Stufe.
• 11–12 Jahre: Sie sollen 2 eigene Stufen entwerfen und hinzufügen (Rolle mit Faden, zweite Murmel, LED), die Zuverlässigkeit berechnen und die Maschine mit einem maßstabsgetreuen Plan dokumentieren.

In der Gruppe oder in der Klasse

Eine Maschine pro Klasse, aufgeteilt in 6 Teams, eines pro Stufe, jedes mit eigener Teststation an einem Tisch. Vorher: Teile drucken und vorschneiden, 2 Dominospiele, 2 Autos und Bücher bereitlegen. Einheit 1 (60 min): Jedes Team baut und testet seine Stufe allein (3 von 3). Einheit 2 (60 min): Die Stufen von hinten nach vorn auf einem langen Tisch verbinden und jede Verbindung testen. Abschluss: Aufnahme der ganzen Kette, während die ganze Klasse still ist.

Challenges

• Lass die Kette mit Dominosteinen in einer Kurve eine U-Wende machen.
• Füge eine Stufe mit Rolle hinzu: Ein Becher mit einer Murmel darin sinkt und hebt eine Fahne aus Karton.
• Schaffe es, dass die Maschine 10 von 10 Mal funktioniert.
• Mach die Schlussaktion nützlich: Müsli in eine Schüssel schütten oder ein Schild „GUTEN MORGEN“ umdrehen.
• Verdopple die Kette: Die Murmel soll zwei Zweige auslösen, die gleichzeitig enden.

Weitere kostenlose Projekte

• Turm aus Spaghetti und Marshmallows
• Windrad mit vier Flügeln
• Ziehharmonika-Brücke aus Papier
• Burg mit Zugbrücke
• Hebel-Katapult
• Flatternde Fledermaus mit Kurbel
• Hydraulischer Lastenaufzug
• Seilzugkran mit Kurbelwinde
• Spiral-Wasserheber
• Tisch, der zu schweben scheint
• Baggerarm mit Spritzen
• Kran mit Zahnrad und Ritzel

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