Luftballon-Auto
Ein leichtes, 15 cm langes Auto aus Karton mit Rädern aus Flaschendeckeln und einem Luftballon auf einem Strohhalm: Lässt du los, strömt die Luft nach hinten heraus, das Auto schießt nach vorne und fährt 3–6 m weit, ganz ohne Batterien oder Motor.
Was das Kind lernt
- Das dritte Newtonsche Gesetz: Der Luftballon drückt die Luft nach hinten, und die Luft drückt das Auto nach vorne.
- Dass Reibung an den Achsen und Gewicht das Auto bremsen: Ein leichtes Auto mit frei drehenden Rädern kommt viel weiter.
- Dass der Luftstrahl gerade und auf Höhe des Autos austreten muss, damit es geradeaus fährt.
- Strecken zu messen, Versuche zu wiederholen und Ergebnisse zu vergleichen, wobei man jedes Mal nur eine Sache ändert.
Vorher vorbereiten
- Drucke die Vorlage mit 100 % aus und prüfe, ob das Fahrgestell 150 mm lang ist.
- Bei kleinen Kindern bohrst du die 4 Deckel vor der Einheit mittig durch.
- Prüfe, ob sich der Holzspieß locker im Strohhalm dreht; reibt er, such dir breitere Strohhalme.
- Such eine glatte Strecke von mindestens 5 m (Flur, Turnhalle, Terrasse) und halte Malerkrepp bereit, um den Start zu markieren.
- Halte Ersatzballons bereit: Viel benutzte Ballons platzen oder leiern aus.
Materialien und Werkzeuge
- Wellpappe — 1 Stück 16 × 9 cm
einwellig, 3 mm (Versandkarton), flach und ohne Knicke - Reste von Fotokarton oder dünnem Karton — 2 Streifen: 20 × 2 cm und 10 × 2 cm
Müslischachtel; der 20-cm-Streifen dient zum Messen des Ballondurchmessers, der 10-cm-Streifen wird zu einer Rolle unter dem Ballonhals gewickelt - Kunststoff-Flaschendeckel — 4
gleich, Ø 30 mm (Wasser- oder Limonadenflasche) - Schaschlikspieße (Holzspieße) — 2
Ø 3 mm, gerade - Gerade Strohhalme — 3
Ø 6 mm: 2 für die Lager und 1 für die Düse (ohne Knickstück oder mit abgeschnittenem Knickstück) - Luftballon — 2 (einer als Ersatz)
rund, 25–30 cm (12"), aus Latex - Dünne Gummibänder — 2
Büro-Gummis, um den Luftballon am Strohhalm zu befestigen - Klebeband — 1 Rolle
Paketklebeband oder Malerkrepp - Heißklebesticks oder Bastelkleber (Weißleim) — 1 Stick
um die Deckel an der Achse zu befestigen
Werkzeuge
- Lineal und Bleistift — die Achslinien anzeichnen
- Schere — Fahrgestell und Strohhalme schneiden
- Vorstecher, 3-mm-Nagel oder Bohrer mit 2,5-mm-Bohrer — die Mitte der Deckel durchbohren Erwachsene
- Heißklebepistole — die Deckel an den Achsen befestigen Erwachsene
- Maßband 5 m — die gefahrene Strecke messen
Teile und Vorlagen
- A · Fahrgestell ×1 — Wellpappe 3 mm
- B · Lager-Strohhalme ×2 — Strohhalm Ø 6 mm
- C · Achsen ×2 — Schaschlikspieß Ø 3 mm
- D · Strohhalm-Düse ×1 — Strohhalm Ø 6 mm
- E · Deckel-Zentrierhilfe ×4 — Papier
🔒 Vorlagen in Originalgröße, Baupläne und Teile für den 3D-Drucker: mit dem Abo bekommst du die für dieses Projekt und für alle anderen.
100 % digital: Du druckst die Vorlagen zu Hause aus und baust mit Karton. Wir verschicken nichts.
Schritt für Schritt
Schneide das Fahrgestell aus
Klebe Vorlage A mit dem Klebestift auf den Karton, die Kartonwellen quer, und schneide das Rechteck von 80 × 150 mm mit der Schere aus.
1 Klebe Vorlage A auf, die Kartonwellen quer 2 Schneide das Rechteck mit der Schere entlang der Linie aus 3 Fahrgestell von 80 × 150 mm, das sich beim Festhalten nicht biegt Prüfe: Hältst du es an einem Ende fest, biegt es sich nicht.Zeichne die Achsen unten an
Dreh das Fahrgestell um und zieh mit dem Lineal zwei Querlinien: eine 25 mm von der Vorderkante und eine bei 117 mm. Dort kommen die Lager hin.
1 Dreh das Fahrgestell um: Du arbeitest auf der Unterseite 2 Zieh mit dem Lineal zwei Linien 25 und 117 mm von der Vorderkante Klebe die Lager auf
Schneide zwei Strohhalme von 80 mm (B) ab und klebe jeden mit zwei darüber gekreuzten Klebebandstreifen auf seine Linie, ohne ihn zu zerdrücken.
1 Schneide zwei Strohhalmstücke von 80 mm ab (B) 2 Klebe jeden Strohhalm mit zwei Streifen auf seine Linie, ohne ihn zu zerdrücken 3 Miss an beiden Enden 92 mm zwischen den Strohhalmen Prüfe: Die beiden Strohhalme sind parallel: Miss an beiden Enden 92 mm zwischen ihnen.Durchbohre die Deckel Erwachsene
Leg die Zentrierhilfe E in jeden Deckel und markiere die Mitte. Leg den Deckel auf ein Stück Holz und durchbohre ihn mit einem 3-mm-Nagel oder einem 2,5-mm-Bohrer, damit der Holzspieß stramm hineinpasst.
1 Leg die Zentrierhilfe E in den Deckel und markiere die Mitte 2 Deckel mit der Öffnung nach unten auf Holz legen und mit einem Nagel durchbohren 3 Der Holzspieß muss stramm ins Loch passen Baue Achsen und Räder ein Erwachsene
Schneide zwei Holzspieße von 110 mm (C) ab und schieb sie durch die Strohhalme. Steck an jedes Ende einen Deckel, die Öffnung nach innen, lass 2 mm Spiel zum Fahrgestell und fixiere ihn mit einem Tropfen Heißkleber.
1 Schneide zwei Holzspieße von 110 mm ab und entferne die Spitze 2 Deckel an jedes Ende, Öffnung nach innen, 2 mm Abstand, mit Heißkleber 3 Schieb es sanft an: Es muss 1 m geradeaus rollen Prüfe: Schieb das Auto sanft über den Tisch: Es sollte mindestens 1 m geradeaus rollen.Bereite die Düse vor
Schneide einen geraden Strohhalm von 150 mm (D) ab. Steck 10 mm des Strohhalms in den Ballonhals und wickle ein Gummiband 4–5-mal fest um den Hals; deck alles mit einer Lage Klebeband ab.
1 Schneide einen geraden Strohhalm von 150 mm ab (D) 2 Steck 10 mm Strohhalm in den Hals und wickle 4–5-mal das Gummiband herum 3 Mit Klebeband abdecken und blasen: Der Ballon bläst sich dicht auf Prüfe: Blas durch den Strohhalm: Der Luftballon bläst sich auf und am Hals entweicht keine Luft.Klebe die Düse aufs Fahrgestell
Leg den Strohhalm auf die Mittellinie des Fahrgestells, den Luftballon nach vorne, und lass 20 mm Strohhalm hinten über die Hinterkante ragen. Klebe ihn mit 3 Klebebandstreifen fest: vorne, in der Mitte und an der Hinterkante.
1 Leg den Strohhalm auf die Mittellinie, Ballon vorne, 20 mm ragen heraus 2 Klebe ihn mit 3 Streifen fest: vorne, in der Mitte und hinten 3 Schau von hinten: Er zeigt gerade nach hinten, weder schief noch nach unten Tipp: Schau das Auto von hinten an: Der Strohhalm muss genau nach hinten zeigen, weder zur Seite noch zum Boden.Prüfe, dass der Luftballon nicht schleift
Blas den Luftballon halb auf und schau ihn von der Seite an: Da die Düse nur 24 mm über dem Boden liegt, passt der aufgeblasene Ballon nicht darunter und steigt über die Front nach oben. Er darf weder die Vorderräder noch den Boden berühren. Berührt er sie, wickle den 10 × 2 cm großen Streifen zu einer etwa 2 cm hohen Rolle und klebe sie unter dem Ballonhals mit Klebeband aufs Fahrgestell, um ihn anzuheben.
1 Halb aufblasen: Der Ballon berührt weder Räder noch Boden 2 Schleift er am Rad oder am Boden, bremst er das Auto 3 Heb den Hals mit einer 2 cm hohen Kartonrolle an Aufblasen und zuhalten
Blas durch den Strohhalm, bis der Luftballon etwa 20 cm Durchmesser hat (prüfe es mit dem 20-cm-Kartonstreifen); er steht dann über dem Auto. Halte das Ende des Strohhalms mit dem Finger zu, sobald du aufhörst zu blasen.
1 Blas durch den Strohhalm, bis der Ballon etwa 20 cm misst 2 Halte die Strohhalmspitze mit dem Finger zu, wenn du aufhörst zu blasen Tipp: Jedes Kind bläst in sein eigenes Auto (oder benutzt eine Ballonpumpe am Strohhalm).Loslassen und messen
Stell das Auto an die Startlinie, in Richtung der Strecke, und nimm den Finger weg, ohne anzuschieben. Markiere mit Klebeband, wo es stehen bleibt, und miss die Strecke mit dem Maßband.
1 Stell es an den Start und nimm den Finger weg, ohne anzuschieben 2 Markiere, wo es stehen bleibt, und miss die Strecke mit dem Maßband Prüfe: Das Auto fährt auf glattem Boden fast geradeaus 3 m oder mehr.Nachjustieren und wiederholen
Weicht es ab, richte den Strohhalm gerade; bremst es früh, prüfe, ob sich die Räder frei drehen. Wiederhole es 3-mal mit gleich stark aufgeblasenem Ballon (miss den Durchmesser mit dem 20-cm-Kartonstreifen) und berechne den Durchschnitt.
1 Weicht es ab, richte den Strohhalm gerade aus 2 Dreh jedes Rad mit dem Finger: Es muss sich frei drehen 3 Wiederhole es 3-mal mit gleich stark aufgeblasenem Ballon und berechne den Durchschnitt
Funktioniert es? Der Test
Markiere auf glattem Boden einen Start mit Klebeband. Blas den Luftballon auf 20 cm Durchmesser auf (miss ihn mit einem 20-cm-Kartonstreifen), lass los und miss die Strecke. Wiederhole es 3-mal.
Was passieren soll: Das Auto startet ruckartig, der Ballon leert sich in etwa 2–3 s, und es fährt auf glattem Boden 3–6 m (auf Teppich weniger). Es sollte fast geradeaus fahren (Abweichung < 50 cm auf 3 m).
Wenn etwas nicht klappt
- Das Auto bewegt sich nicht oder nur ein paar Zentimeter — Räder, die am Fahrgestell reiben, oder krumme Achsen, die in den Strohhalmen bremsen. Lösung: Prüfe, ob sich jedes Rad mit einem Fingerstups allein dreht; setz die Deckel 2 mm vom Fahrgestell ab und richte die Strohhalme gerade aus.
- Es fährt im Kreis — Der Strohhalm zeigt nicht gerade nach hinten oder die Achsen sind nicht parallel. Lösung: Richte den Strohhalm an der Mittellinie aus und miss erneut auf beiden Seiten 92 mm zwischen den Achsen.
- Es hebt die Front oder bohrt sich nach vorne — Die Düse ist nach unten oder oben geneigt. Lösung: Klebe den Strohhalm auf ganzer Länge flach aufs Fahrgestell; der Luftstrahl muss waagerecht austreten.
- Der Luftballon verliert vor dem Loslassen Luft — Undichte Stelle am Ballonhals. Lösung: Wickle das Gummiband öfter herum und deck es mit Klebeband ab; prüfe es durch Blasen, während du das Auto in der Hand hältst.
- Der Luftballon schleift über den Boden oder bremst die Räder — Der Ballon hängt vorne über das Fahrgestell herunter. Lösung: Heb den Ballonhals mit einer Kartonrolle an oder nimm einen etwas kleineren Luftballon.
- Die Räder drehen beim Start durch — Auto zu leicht auf sehr glattem Boden. Lösung: Zieh ein dünnes Gummiband als Reifen um jeden hinteren Deckel.
Sicherheit
- Luftballons: Kinder unter 8 Jahren immer mit einem Erwachsenen. Ein nicht aufgeblasener Ballon oder ein Stück eines geplatzten Ballons kann zum Ersticken führen; sammle Reste sofort ein.
- Jedes Kind bläst nur in seinen eigenen Strohhalm; teilt keine mit dem Mund aufgeblasenen Ballons.
- Deckel mit Nagel oder Bohrer durchbohren macht ein Erwachsener, mit dem Deckel auf einem Stück Holz.
- Heißkleber verbrennt: Der Erwachsene trägt ihn auf.
- Die Spitzen der Holzspieße stechen: Schneide sie vor dem Zusammenbauen ab.
- Menschen mit Latexallergie sollten latexfreie Luftballons verwenden.
Die Wissenschaft dahinter
Für die Kinder
Der aufgeblasene Luftballon presst die Luft in seinem Inneren zusammen, so wie wenn du einen Schwamm ausdrückst. Nimmst du den Finger weg, schießt die Luft durch den Strohhalm nach hinten heraus, und wenn sie die Luft nach hinten drückt, drückt die Luft das Auto nach vorne. Das ist dasselbe, wie wenn du auf einem Roller stehst und einen schweren Ball wirfst: Du rollst in die andere Richtung. Deshalb gilt: Je mehr Luft im Ballon ist, desto länger schiebt er und desto weiter fährt das Auto.
Für Erwachsene
Das gedehnte Gummi des Luftballons hält die Luft unter einem Überdruck von ≈ 2–5 kPa. Öffnet man die Düse, strömt die Luft mit einer Geschwindigkeit v ≈ √(2Δp/ρ) ≈ 60–90 m/s aus; der Schub ist der Impulsstrom, F ≈ ṁ·v ≈ 2·Δp·A, was bei einem 6-mm-Strohhalm (A ≈ 2,8·10⁻⁵ m²) ≈ 0,1–0,2 N ergibt. Bei einer Gesamtmasse von ≈ 40 g beträgt die Anfangsbeschleunigung mehrere m/s². Ein 20-cm-Ballon enthält ≈ 4 l und leert sich in ≈ 2–3 s; danach rollt das Auto durch seine Trägheit weiter, bis die Reibung es stoppt. Deshalb zählen sowohl die Masse (a = F/m) als auch die Verluste: Reibung in den Lagern, Rollwiderstand und der Luftwiderstand des Ballons selbst. Die Düse muss auf den Schwerpunkt ausgerichtet und parallel zum Boden sein: Geht der Schub nicht durch den Schwerpunkt, entsteht ein Drehmoment, das das Auto drehen oder nicken lässt. Das ist das dritte Newtonsche Gesetz und der Impulserhaltungssatz, derselbe, den Raketen und Düsenflugzeuge nutzen.
- Aktion und Reaktion: Wenn du etwas schiebst, schiebt es dich mit derselben Kraft in die Gegenrichtung.
- Antrieb: Kraft, die ein Fahrzeug vorwärts bewegt.
- Düse: Rohr, aus dem der Strahl eines Düsentriebwerks austritt (hier der Strohhalm).
- Reibung: Kraft, die bremst, wenn zwei Dinge aneinander reiben.
- Trägheit: Neigung der Dinge, sich weiterzubewegen (oder stillzustehen), wenn nichts sie bremst.
Nach Alter
- 5–7 Jahre: Der Erwachsene bereitet Fahrgestell, Lager und montierte Räder vor. Das Kind klebt den Strohhalm auf, befestigt den Ballon mit dem Gummiband (mit Hilfe), bläst und lässt los. Konzentriere dich auf „Die Luft geht nach hinten, das Auto nach vorne“.
- 8–10 Jahre: Sie bauen es komplett (Bohren mit einem Erwachsenen), messen Strecken und testen zwei Variablen.
- 11–12 Jahre: Sie stoppen die Zeit und berechnen die Durchschnittsgeschwindigkeit; sie testen drei Düsen und zeichnen ein Diagramm. Challenge: den Schub abschätzen, indem man das Auto als Pendel an einen Faden hängt und misst, wie weit es ausschlägt.
In der Gruppe oder in der Klasse
Zu zweit, ein Auto pro Paar und 2 Luftballons pro Kind. Vorher: Deckel durchbohren, Holzspieße und Strohhalme zuschneiden, eine 6-m-Strecke mit am Boden festgeklebtem Maßband vorbereiten. Einheit von 60 min: 10 min Vorführung, 30 min Bauen, 20 min Tests und großes Abschlussrennen (drei Starts pro Auto; der beste Durchschnitt gewinnt).
Challenges
- Bau eine leichte Karosserie aus Fotokarton, ohne dass das Auto mehr als 20 g zusätzlich wiegt.
- Montiere zwei Ballons mit zwei parallelen Strohhalmen: Fährt es doppelt so weit?
- Schaff es, dass das Auto genau 5 m fährt (Zielgenauigkeit, nicht maximale Strecke).
- Entwirf ein Auto mit drei Rädern und vergleiche seine Stabilität.