Abflug! Mit der Kraft des Wassers

 

Die Kraft des Wassers ist allgegenwärtig und wir nutzen sie täglich. Wie würde zB die Klospülung ohne Kraft des Wassers funktionieren? Was wäre unsere Stromversorgung ohne Wasserkraft? Wie würden die schönen Landschaften Österreichs aussehen, wenn die Kraft des Wassers sie nicht über Jahrtausende gestaltet hätte?
Auch zum Spielen lässt sich die Kraft des Wassers wunderbar nutzen: Für die Wasserrutsche im Schwimmbad, für die Wasserspritze im Garten oder für den Bau einer Wasserrakete. Dabei lassen sich Spaß und physikalische Erkenntnisse wunderbar verbinden.

Das brauchst du dazu

  • PET-Flasche (1-1,5 Liter)
  • passender Flaschenkorken
  • alter Fahrradschlauch mit Ventil
  • Handbohrer
  • Schere/Stanleymesser/evtl. kleine Säge
  • starkes Klebeband (Gaffaband/Gewebeband)
  • Material für Flügel (fester Karton, Kunststoffreste …)
  • alter Tennisball
  • (Holz-)Platte und Stütze dafür
  • Luftpumpe
  • Wasser
  • optional: Farben, Klebebuchstaben, Stifte …

So gehts

  1. Löse das Etikett von der PET-Flasche.
  2. Wähle einen Korken, der möglichst genau in die PET-Flasche passt. Die Flasche muss damit so gut wie möglich luftdicht sein.
  3. Schneide vom Fahrradschlauch das Ventil heraus.
  4. Bohre längs ein Loch durch den Korken, durch das du das Ventil steckst. Das Loch muss so eng sein, dass das Ventil im Korken so gut wie möglich luftdicht abschließt. Kürze den Korken ggf., sodass das Ventil auf beiden Seiten raussteht. Die Seite, wo die Pumpe dann ansetzt, muss so weit rausstehen, dass man die Pumpe auch gut verbinden kann.
  5. Schneide ein Stück des Fahrradschlauches ab, das du später als zusätzliche Dichtung über den Korken legen kannst.
  6. Auf der Seite des Flaschenhalses brauchst du nun 3 oder 4 regelmäßig angeordnete Flügel aus festem Karton/Kunststoff/dünnem Holz. Die Form der Flügel kannst du selber wählen und experimentieren, welche am besten ist. Zeichne die Flügelform auf das Material, schneide die Flügel mit Schere/Stanleymesser/Säge aus und befestige sie an der Rakete. Sie halten gut mit einem starken Klebeband. Heißklebepistole ist hier eher ungünstig, da sich der Kleber beim Aufprall der Rakete leicht lösen kann.
  7. Die Rakete braucht nun noch eine Spitze. Damit diese beim Aufprall nicht zerdrückt wird, benötigst du ein Material, das den Aufprall dämpft. Zerschneide dafür einen Tennisball und klebe eine Hälfte vorne als „Knautschzone“ auf die Rakete. Das führt auch zu einer guten Gewichtsverteilung der Rakete und verbessert die Flugbahn. Damit ist deine Rakete schon flugbereit.
    Du kannst sie auch mit Farben, Klebebuchstaben usw. verzieren. Für die Flugeigenschaften bringt das aber keine Vorteile mehr.
  8. Als Startrampe reicht eine (Holz-)Platte, die du mit einer Stütze (Stein, Stab …) in beliebigem Winkel aufstellen kannst.
  9. Fülle nun etwas Wasser in die PET-Flasche. Experimentiere, wie viel Wasser am besten ist. Viel Wasser bedeutet viel „Treibstoff“, macht die Rakete aber auch schwerer.
  10. Stecke den Korken so fest wie möglich in den Flaschenhals, der Ventilteil für die Luftpumpe muss außen sein. Dichtet der Korken nicht gut genug, stülpst du das zuvor abgeschnittene Stück vom Fahrradschlauch als Dichtung über den Korken. Drücke den Korken so in den Flaschenhals.
  11. Lehne die Rakete an die Startrampe, schließe die Pumpe ans Ventil und pumpe so lange Luft hinein, bis es den Korken aus der Flasche drückt.
    Die Rakete hebt ab.

Mach ein paar Versuche, bis du die beste Mischung aus Wassermenge und Neigung der Startrampe gefunden hast. Beobachte jeweils die Flugbahn! Lässt sich vielleicht bei den Flügeln was verbessern?

Viel Spaß beim Abheben!

Varianten
Auf YouTube findest du zahlreiche Varianten unterschiedlichster Wasserraketen. Da gibt es echte Vollprofis und du findest auch Selbstbauanleitungen für Startrampen mit Auslöser, für Raketen mit Fallschirm, für Mehrkammersysteme usw.

Hintergrundinfo
Da die PET-Flasche mit Druckluft gefüllt wird, kann der Korken dem Druck irgendwann nicht mehr entgegenwirken und schießt nach hinten raus. Nun kann der Luftdruck in der Flasche das Wasser aus der Flaschenöffnung drücken und der Rückstoß lässt die Rakete abheben.
Hier kommt das 3. Newtonsche Gesetz zur Anwendung - das Wechselwirkungsprinzip. Demzufolge treten Kräfte immer paarweise auf und wirken immer wechselseitig. Übt A eine Kraft auf B aus, so übt B eine gleich große, entgegengesetzt gerichtete Kraft auf A aus (deshalb „Wechselwirkungskräfte"). Bei der Wasserrakete wirkt eine Kraft nach hinten (daher wird man auch angespritzt, wenn man direkt hinter der Rakete steht) und eine andere nach vorne, die die Rakete abheben lässt. Genauso funktioniert jeder Raketenstart ins Weltall, nur dass dabei verbrennender Treibstoff nach hinten rausschießt.

Tipps
Alles was du für die Wasserrakete benötigst, findest du auch im Abfall. Die PET-Flasche, Material für die Flügel oder einen Korken. Wenn du in der Nähe ein Fahrradgeschäft hast, frage dort nach, ob sie alte, kaputte Fahrradschläuche haben, die sie entsorgen müssen. So kommst du gratis zu Schläuchen und Ventilen. Gibt es einen Tennisplatz/Tennisclub in der Nähe? Dort werden alte Tennisbälle auch weggeworfen. Frag dort nach!

Sicherheitshinweise

  • Die Wasserrakete startet mit hoher Geschwindigkeit. Es darf also niemals jemand vor der Rakete stehen!
  • Beuge dich nie über eine unter Druck stehende Rakete!
  • Du brauchst ein freies Feld (Sportplatz, Wiese ...) für die Wasserrakete, da du nicht weißt, wie weit sie fliegen wird oder wohin der Wind sie abtreibt. Wähle also großen Abstand zu Häusern, Straßen und Personen, wenn du den Startplatz auswählst!
  • PET-Flaschen halten großen Druck aus und der Korken löst sich sicher, bevor die Flasche platzt. Bei anderen Systemen mit Auslöser könnte die Flasche bei extremem Überdruck aber explodieren. In diesem Fall ist eine Schutzbrille zu empfehlen!

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