sonne, wind und wasser – die kräfte der natur · 2013-01-10 · der sonnenkollektor zu den...

Arbeitsheft 3Hotline: 0180 KONTEXIS • E-Mail: [email protected] • Internet: www.kontexis.de

KONzepte der TEchnik in der PraXIS der Jugendhilfe bundesweit verbreiten

Inhalt

2 Das Solarhaus4 Der Sonnenkollektor5 Der Sonnenofen6 Das Solarauto7 Strom aus dem Apfel8 Die Aufwindkraft

10 Die Windturbine11 Die Pressluftrakete12 Der Flug zum Mond13 Die Filmdosenrakete14 Die Luftdruckrakete16 Service

UNSERE AUTOREN

KONTAKT

Die Brennstoffvorräte der Erde sindbekanntlich endlich. Wie lange sienoch reichen – darüber gehen dieAnsichten der Geologen weit ausein-ander. Aber was geschieht dann,wenn Gas, Erdöl und Kohle ver-braucht sind? Wird es dann kalt undfinster auf unserem Planeten?Auch darauf haben Wissenschaftlereine Antwort: Der Mensch, sagen sie,ist ein intelligentes Wesen – ihm wirdschon was einfallen!Dieser Optimismus ist nicht immerangebracht, wenn man bedenkt, wasder Menschheit bisher in Sachen En-ergie eingefallen ist – die Atom-spaltung – eine Technologie vollerRisiken. Die fossilen Brennstoffesind aber nicht nur endlich. Sie sind

Sonne, Wind und Wasser – die Kräfte der Natur

Manfred Bisanz ist Leiterder Lern Werkstatt Technikim Technischen Jugendfrei-zeit- und Bildungsverein(tjfbv) e.V. in Berlin.

Fabio Wittig istAuszubildender im tjfbv.

Tel. (030) 979 91 32 [email protected]

Einfache Modelle zur alternativen Energiegewinnung und zu alternativen Antrieben

auch unbeliebt, denn ihr Verbrauchträgt entscheidend zum so genann-ten Treibhauseffekt bei, der das kli-matische und ökologische Gleichge-wicht des Planeten bedroht.Die alternativen oder auch erneu-erbaren Energien sind deshalb vonbesonderem Interesse. Vielleicht ge-lingt es mit ihnen, den Verbrauch vonfossilen Brennstoffen heute schon zuvermindern und den Treibhauseffektzu reduzieren. Dabei stehen wir abererst am Anfang der Entwicklung derNutzung alternativer Energien.Als sinnvoll erscheint es, auf umwelt-freundliche und praktisch unbe-grenzt zur Verfügung stehende Ener-giequellen auszuweichen – wie Son-nenenergie, Windenergie, Wasser-

kraft, Wasserstoff als Energieträger,Gezeitenenergie/Energie der Mee-resströmung, Wellenenergie, geo-thermische Energie, Energiegewin-nung aus Biomasse, solarthermi-sche Energieumwandlung oder pho-toelektrische Energieumwandlung(Photovoltaik).Um Kinder für Umweltprobleme undnaturwissenschaftliche und techni-sche Zusammenhänge zu sensibili-sieren, ist der Bau von einfachenModellen zur alternativen Energie-gewinnung und zu alternativen An-trieben ein bewährter Ansatz.

Die vorgestellten Arbeitsbeispielelassen sich mit wenig Aufwand in kur-zer Zeit mit Kindern umsetzen.

S E I T E 2KON TE XIS Arbeitsheft 3

Anleitung 1Anleitung 1Anleitung 1Anleitung 1Anleitung 1

DAS PRINZIP

Das Solarhaus nutzt das Licht derSonne, um umweltfreundlich Energiezu erzeugen. Das Sonnenlicht (imModell das Licht einer Lampe) wirddurch die Solarzellen direkt in elek-trischen Strom umgewandelt. Umeine Solaranlage betreiben zu kön-nen, braucht man einen Strom-speicher, der die Energie der Sonne

Das Solarhaus

Kinder wissen, dass mit Solarzel-len Taschenrechner und Satellitenbetrieben werden, Autos fahrenund Häuser beheizt werdenkönnen.Bei der Solarheizung nehmenKollektoren auf dem Haus dieSonnenenergie auf, die dann zurErwärmung wassergefüllter Rohregenutzt wird. Die im Wassergespeicherte Energie reicht aus,um das Haus auch im Winter zubeheizen. Bei größerem Energie-bedarf ist die Speicherung der

• Die Zeichnung wird auf dieSperrholzplatte geklebt.

• Für das Messinstrument (z.B.die Waschmaschine) und die3 Schalter werden in der Sperr-holzplatte mit der Laubsäge bzw.mit dem Bohrer Aussparungenangebracht, um die Bauteileeinzupassen.

• Auf dem Dach werden dieSolarzellen angeschraubt.

• Montage des Messgerätes, desMotors, der 3 Schalter und derdazugehörigen Bauelementenach Schaltplan.

• Montage einer Tischlampe mitHalogenstrahler (als Sonne).

• Die Tafel wird mit einem Kastenumkleidet.

• Auf der Sperrholzplatte ist nochPlatz für Informationen und dieBedienungsanleitung.

BAUANLEITUNGEnergie in Akkus eine Möglichkeit,um bei Bedarf unabhängig vomSonnenschein auch elektrischeGeräte zu betreiben oder Strom fürdie Beleuchtung zu gewinnen.Unser Beispiel „Solarhaus“ wirdim Rahmen einer interaktivenAusstellung genutzt, um Kindernder Grundschule das Phänomender Sonnenenergie nahe zubringen. Das einfache Modelleignet sich besonders gut, dieEffekte zu demonstrieren.

Schaltplan

S E I T E 3 KON TE XIS Arbeitsheft 3


MATERIAL

1 Sperrholzplatte in derGröße 800 x 300 mm

Gehäuse mit einem Bodenund 3 Seitenteilen

Zeichnung (in unseremBeispiel ist es ein Foto –S. 3 oben) mit einervon Kindern entwickeltenIdee zum Thema„Mein Solarhaus“

4 Solarzellen

Solarmotor, 1,9 V

Einbauinstrument, 2 V

Hebelkippschalter

Goldkondensator,1,0 F Gold Cap

Tischstrahler

nicht scheint, bleibt die Waschma-schine stehen.Wenn man aber einen Goldkonden-sator parallel zu den Solarzellen ein-baut, speichert dieser eine gewisseMenge an Energie, die dann bei Be-darf wieder freigegeben wird.Ein Goldkondensator hat den Vorteil,dass er nahezu beliebig oft geladen

speichert für die Zeit, in der sie nichtscheint. Mit der gewonnenen Elektri-zität kann man zum Beispiel eineWaschmaschine betreiben.Im Modell kann man alle vier an derAnlage beteiligten Komponenten ein-zeln an- und ausschalten und sich sozum Beispiel folgende Situationenveranschaulichen:

• Einfluss der Lichtintensität aufein Solarhaus ohne Strom-speicher (Variation des Lampen-abstandes);

• der Stromspeicher lädt sich amTag auf und in der Nacht kannWäsche gewaschen werden.

Ein Haus mit weniger Solarzellen hateine geringere Stromausbeute (Ab-decken einzelner Solarzellen).Das Messgerät im Fenster zeigt da-bei die Spannung des genutztenStromes an.

und entladen werden kann. Er kannmehr Strom speichern als andereKondensatoren. Er entlädt sich nichtvollständig und ist wartungsfrei.Beim Einsetzen des Kondensators inden Schaltplan muss man beachten,dass man den Minus-Pol des Gold-kondensators mit dem Minus-Pol derSolarzellen verbindet.

Bei dieserBeispielzeichnungkönnte manentweder dasLicht (bei Einbaueiner LED,max 1,9 V)brennen, denVentilator oderden Rasenmäherrotieren lassen.

Die Schalttafel an dieverwendete Zeichnung

anpassen.

Hinweis zur Nutzung vonGoldkondensatoren:In der Schaltung sind Goldkondensa-toren eingebaut. Wozu werden diesebenötigt?Die Solarzelle, die uns den Strom fürdie Waschmaschine liefert, hat einengroßen Nachteil: Wenn die Sonne



MATERIAL

glatte Aluminiumfolie

Papier

Klebstoff

Schere

Der Sonnenkollektor

Zu den erneuerbaren Energiengehört die direkte Sonnen-strahlung. Die Sonne gilt alsperfektes Kraftwerk, das schonseit 5 Milliarden Jahren zuverläs-sig funktioniert und noch lange alsEnergiequelle zur Verfügungstehen wird. Die Sonne setztungeheure Mengen an Energiefrei. Einfache Möglichkeiten, dieseEnergie zu nutzen, zeigen dieselbst gebauten Objekte Finger-wärmer und Sonnenofen.

• Die Skizze wird auf ein BlattPapier übertragen.

• Die Rückseite des Papiers wirdmit der Alufolie beklebt (dieglänzende Seite nach außen).

• Nach der Vorlage wird derKollektor ausgeschnitten.

• Die Innenöffnung des Kollektorsan die Größe des Zeigefingersangleichen.

• Die Form wird zu einem Trichterzusammengeklebt (siehe Foto).

• Der Sonnekollektor wird auf einenFinger gesteckt und auf dieMittagssonne gerichtet.Es wird eine beachtliche Erwär-mung am Finger spürbar.

DAS PRINZIP

BAUANLEITUNG

Die Sonnenstrahlen werden von derblanken Trichterwand auf die Mittel-achse reflektiert, die der Finger ein-nimmt.Steckt man den Finger in den aus-montierten Hohlspiegel einer Fahr-radlampe, werden die Sonnenstrah-len unerträglich heiß. Sie sammelnsich hier auf einem Punkt, demBrennpunkt des Hohlspiegels, indem sonst die Glühlampe steckt.Bei der Verwendung eines alten Auto-scheinwerfers kann man sogar eineBockwurst erwärmen.



MATERIAL

Der Sonnenofen

In vielen Ländern Asiens, Afrikasund Lateinamerikas ist die Strom-versorgung schlecht, das Wetterjedoch meistens gut. Deshalbhaben die Menschen dort aus derNot eine Tugend gemacht: Siekochen mit Sonnenenergie. Wiedas geht?Mit zwei Postpaketen und einwenig Alltagsmaterial kann einesolche „heiße Kiste“ gebautwerden.

An einem sonnigen Ort mit einer Ausrichtung der „Heißen Kiste“ auf dieSonne kann Mittagessen aufgewärmt, eine Bockwurst gegart oderKaffeewasser gekocht werden.

• Beide Postkisten werden mitGewebeband an den Seiten undBöden gut abgedichtet, damiteine gute Isolierung erreicht wird.

• Der kleine Karton wird innen sattmit schwarzer Farbe ausgemalt.

• Der Deckel des größeren Kartonswird mit Alufolie beklebt. Die spie-gelnde Seite der Alufolie sollsichtbar sein.

BAUANLEITUNG

DAS PRINZIP

ein Postpaket Größe S,ein Postpaket Größe L

3 alte Zeitungen

schwarze Plakatfarbeund Pinsel

4 cm breites Gewebeband(ca. 4 m lang)

etwa 60 cmIsolierklebeband

2 Stück transparente Folie(1 x 17 x 24,5 mm aus demBaumarkt)

Alufolie

4 Stecknadeln

Alleskleber

Schere, Cuttermesser

Bleistift, Lineal

• Die Kanten der Alufolie könnenan den Rändern mit Gewebebandabgeklebt werden.

• Aus dem Deckel des kleinerenKartons wird ein Rechteck mitdem Cuttermesser herausge-schnitten – so groß, dass amRand jeweils zwei Zentimeterstehen bleiben.

• Vorsicht beim Herausschneidendes Rechtecks, es wird nochgebraucht!

• Von beiden Seiten wird je einStück transparente Folie auf dieDeckelöffnung des kleinenKartons geklebt, so dass eine„Doppelverglasung“ entsteht.Isolierklebeband hilft dabei, die„Backröhre“ noch besser abzu-dichten.

• Zwecks Isolierung wird Zeitungzerrissen und auf den Boden desgroßen Kartons gelegt.

• Nun kommt der kleine in dengroßen Karton und die Lückenwerden von allen Seiten mitZeitungen ausgestopft.

• Aus dem übrig gebliebenenPapprechteck des Deckels deskleinen Kartons wird abschlie-ßend ein Streifen abgeschnitten.Dieser wird mit Stecknadeln amDeckel und an der Schmalseitedes großen Kartons befestigt.Durch Versetzen der Nadeln lässtsich einstellen, in welchemWinkel die Alufolie zum Ofen-fenster steht.

Das Prinzip des Sonnenofens ken-nen wir vom Auto.Steigt man in ein Auto, das in derSonne geparkt ist, so können im In-neren des Autos Temperaturen vonüber 50°C herrschen.Bei unserer „Sonnenkiste“ wird daskurzwellige Sonnenlicht von denschwarzen Innenwänden aufgenom-men und als langwellige Wärme-strahlung abgegeben.Diese langwellige Wärmestrahlungkann aber nicht mehr durch die Fens-terscheibe nach außen dringen undder Innenraum heizt sich auf.



MATERIAL

2 Solarzellen, 0,5 V, 700 mA(erhältlich beim

Elektronik-Fachhandel)

1 Solarmotor, 1,5 V und1 Getriebe, bestehend aus

1 Motorritzel, 8 Zähnen und1 Zahnrad

mit 48 Zähnen

1 Lüsterklemme, 3-polig

Margarinebecher fürdie Karosserie

1 Holzklotz (Holzbaustein)für die Motorbefestigung,Größe: 25 x 40 x 50 mm

Papprolle (Küchenrolle)

Pappe für die Räder

2 Holzachsen (Spieße),∅ 3 mm, 145 mm lang

Klettband, Klebefolie,Klingeldraht, Trinkhalm

Das Solarauto

Beim Bau eines Solarautoswerden Solarzellen verwendet. DieEnergie der Sonnenstrahlung wirdmit Hilfe dieser Solarzellen direktin elektrische Energie umgewan-delt, die den Elektromotor desSolarautos antreibt.Beim Bau der Karosserie sind derFantasie keine Grenzen gesetzt,man muss nur beachten, dass dasSolarauto so leicht wie möglichwird. Deshalb verwenden wir einengroßen Margarinebecher(ca. 140 x 90 mm) und selbstgefertigte Räder aus Pappe.

• Bohren von 4 Löchern ∅ 3,2 mmzur Aufnahme der Achsen

• Zuschneiden der 2 Radachsen(∅ 3 mm, 145 mm lang)

BAUANLEITUNG

die Achsen geschoben. Bei derMontage der Achsen ist auf derAntriebsachse das große Zahnrad(48 Zähne) zu befestigen. (Wenndas Zahnrad nicht straff sitzt,etwas Klebstoff verwenden!)

• Der kleine Solarmotor wird aufdem Holzklotz befestigt. Dazuwird Klettband und Klebebandverwendet.

• Die 3-polige Lüsterklemme wirdauf den Boden des Margarine-bechers geklebt.

• Anfertigen von 4 Rädern auseiner Haushaltsrolle (∅ 30 mm).Dazu werden von der Rolle18 mm breite Streifen abgesägt.Aus Pappe (Rückseite einesSchreibblocks) werden die 8 Rad-scheiben mit der Schere ausge-schnitten. In die 8 Scheiben istfür die Aufnahme der Holzachsenje ein 3-mm-Loch mittig auszudrü-cken. Die Scheiben werden in dieRad-Streifen eingeklebt.

• In den Margarinebecher wird einHolzklotz (25 x 40 x 50 mm)eingeklebt.

• Die 2 Radachsen und die4 Räder werden montiert. ZurVerwendung des seitlichenAchsspiels werden aus einemTrinkhalm 4 Teile zugeschnitten(5 mm breit) und zwischen denRädern und der Karosserie auf

Schaltplan

• Zum Schluss beginnt dieVerdrahtung. Die Solarzellenwerden in Reihe geschaltet(2 x 0,5 V) und mit dem Motorverbunden. Hierbei muss beach-tet werden, dass jeweils derMinus-Pol der einen Solarzelle mitdem Plus-Pol der anderenSolarzelle verbunden wird.



1 frischer Apfel

1 Nagel (ca. 5 cm langoder 1 Stck. Eisen- oderAluminiumdraht)

1 Stck. ca. 5 cm langerKupferdraht

2 kurze Kabel(10 bis 20 mm langeSchaltlitze)

1 Paar Kopfhörer

Strom aus dem Apfel

Der Apfel wird zur „Batterie“.Kaum zu glauben, aber im Apfelstecken nicht nur Vitamine.Es ist möglich, eine „Batterie“aus Äpfeln herzustellen.Auch Kartoffeln und Zitronensind für dieses Experimentgut geeignet.

• In den Apfel werden die Elektro-den gesteckt. Die Elektroden sindzwei unterschiedliche Metalle(z.B. Eisennagel und Kupferdraht).

• An die Elektrodenenden wird jeein Stück Draht befestigt (gelötet).

• Die freien Drahtenden werden mitder Anzeige verbunden.

BAUANLEITUNG TEST

DAS PRINZIP

MATERIAL

Strom kann nur fließen, wenn einStromkreis geschlossen ist. Die Elek-troden (z.B. Eisennagel und Kupfer-draht – zwei verschiedene Metalle),die Kabel, das Messgerät und derApfel schließen den Kreis. Ist derKreis geschlossen, findet eine che-mische Reaktion zwischen denbeiden Metallen und dem Saft desApfels statt. Diese chemische Reak-tion bringt winzig kleine Teilchen, dieman Elektronen nennt, dazu, durchdie Kabel zu fließen und die „Anzei-ge“ (z.B. Messinstrument, Kopfhörer,LED) mit Strom zu versorgen.

• Im Foto ist als „Anzeige“ einMessinstrument zu sehen.Deutlich zeigt der Ausschlag,dass Strom fließt.

• Probiert man als „Anzeige“ einenKopfhörer, wird es in ihm knisternund rauschen, ein Beweis, dassder Apfel Strom erzeugt.

• Wie wär’s mit einer LED? EineLED ist eine sehr kleine Lichtquel-le, wahrscheinlich wird aber derStrom nicht ausreichen, um dieLED zum Leuchten zu bringen.Deshalb empfehlen wir, mehrereÄpfel in Reihe zu schalten.



• Zuschneiden der Grundplatte(350 x 350 mm).

• In die Grundplatte werden nachZeichnung 8 Löcher gebohrt(∅ 10 mm).

• Die Lage der 4 mittleren Löcher(∅ 10 mm) richtet sich nach demDurchmesser des Jogurtbechers.

• In den Mittelpunkt der Platte wirdmit einem 2-mm-Bohrer ein Lochzur Aufnahme der Achse gebohrt.

• Die Grundplatte wird mit matterschwarzer Farbe gestrichen.

• Montage der Rundhölzer(4 in der Mitte 90 mm lang,8 außen 40 mm lang).

• Leimen der Mittelleisten(8 x 2 mm) auf die Rundhölzernach Zeichnung.

• Leimen der Außenleisten(8 x 2 mm).

• Ausschneiden von 4 Abdeck-dreiecken aus transparenterFolie.

• Leimen der Folie auf die Verstre-bungen.

• In das 2-mm-Loch wird die Achsegesteckt. (Draht, der an der Spitzezur Aufnahme des Turbinenradesangespitzt werden muss – Länge90 mm).

• Aus dicker Alufolie (z.B. Grill-schale) wird das Turbinenrad(nach Abb. S. 9 unten) mit derSchere ausgeschnitten. Die Flügelwerden wie in der Abb. ersichtlichgebogen.Das Turbinenrad muss ca. einenhalben cm kleiner als der Durch-messer des Jogurtbechers sein.

• Aus dem Jogurtbecher wird derBoden ausgeschnitten.

• Der Becher wird auf die 4 Mittel-Rundhölzer aufgeklebt.

• 3 Papprollen (von Küchentücher-rollen) werden übereinandergesteckt, so dass der Schornsteinentsteht.

Das Aufwindkraftwerk

Aufwindkraftwerke könnten z.B. inAfrika und Asien einen wichtigenBeitrag zur Energieversorgungleisten: Dort sind Platz undSonnenlicht im Überfluss vorhan-den. In Australien bestehen Pläne,einen 1 000 Meter hohen Kaminfür die Energiegewinnung austhermischen Aufwinden zu bauen.Ein zweihundert Meter hoher

BAUANLEITUNGPrototyp funktioniert in Spanienschon mehrere Jahre.Das Foto und die Grafik zeigen invereinfachter Darstellung dieWirkungsweise eines Aufwind-kraftwerkes. Es lässt sich durchdie Verwendung von Alltags-materialien kostengünstig nach-bauen.



MATERIAL

Grundplatte350 x 350 x 20 mm

Rundholz 10 mm, 4 Stck.90 mm, 8 Stck. 40 mm

4 Leisten 190 x 8 x 2 mm

4 Leisten 150 x 8 x 2 mm

1 durchsichtigerPlastik-Jogurtbecher

transparente Folie350 x 350 mm

Holzleim

Schweißdraht als Achse fürdas Windrad 90 x ∅ 2 mm

dicke Alu-Folie(z.B. aus einer Grillpfanne)

DAS PRINZIP

Das Aufwindkraftwerk stellt einenSonderfall der Nutzung von Solar-wärme dar. Es beruht auf dem Prin-zip des Kaminzugs und wandelt dieeingestrahlte Lichtenergie indirekt inmechanische bzw. elektrische Ener-gie um. Die Technik wird z.B. in ei-nem Prototyp-Kraftwerk in Manzana-res, Spanien, eingesetzt.Das Aufwindkraftwerk besteht auszwei Komponenten:

• Einer riesigen Kuppel mit transpa-renter Abdeckung (Glas oderFolie), unter der sich die Luftnach dem Treibhaus-Effekterwärmt.

• Einem zentralen Kamin, in demdurch den Kaminzug die erwärm-te Luft nach oben strömt unddabei eine Windturbine mitangeschlossenem Generatorantreibt.



• Montage des Gestells entspre-chend der Abb. links unten.

• Anfertigen der Radscheibe miteinem ∅ von 70 mm (Laubsäge).

• Anreißen der Löcher für dieRundhölzer (im Winkel von 60°) –mittig sind auf dem Umfang derRadscheibe 6 Löcher gleichmäßigmit einem ∅ von 4 mm zubohren.

• 6 Rundhölzer auf Länge schnei-den (200 mm).

• 6 Plastiktrinkbecher auf 40 mmLänge kürzen und im Abstand von10 mm von der oberen Kante so

Die Windturbine zur Stromerzeugung

Die Windenergie dient schonlange als Energiequelle. Sie wurdefrüher oft zum Betreiben vonMühlen eingesetzt (Umwandlungvon Wind- in mechanische Ener-gie). Der nächste Schritt, diedirekte Umwandlung von mechani-scher in elektrische Energie findetheute in modernen Windkraftan-lagen seine Anwendung.Eine kleine Windkraftanlagestellen wir hier zum Nachbau vor,sie ist geeignet, bei Kindern imGrundschulalter erstes Verständ-nis für die Wirkungsweise einersolchen Anlage zu entwickeln. Eindurch Wind angetriebenes Schau-felrad treibt über ein Getriebeeinen Generator (Elektromotor)an, der den Strom für die ange-brachte Lampe liefert.

BAUANLEITUNG

DAS PRINZIP

MATERIAL

Metallbaukastenmit Motor, z.B. „eitech“

construktion 04,darin enthalten:

Profile für den Bau desGestells (Foto),

1 Elektromotor, 1 Lampe2,5 V, 1 Lampenfassung

E 10, 1 Verbindungskabel,1 Getriebe

bestehend aus 1 Zahnradgroß und 1 Zahnrad klein

Sperrholz für die Radscheibe(10 mm Stärke, ∅ 70 mm)

6 Rundhölzer(200 mm lang, ∅ 4 mm)

6 Einwegtrinkbecheraus Plastik

mit 2 Löchern versehen, dass dieHolzstäbe in die Becher gestecktwerden können.

• Montage der Rundhölzer mit derRadscheibe und den Bechern.

• Montage der Lampenfassung, derLampe und des Motors mit demkleinen Zahnrad auf dem Gestell.

• Windrad und großes Zahnradgemeinsam auf der Windradwellebefestigen. Dabei müssen daskleine und das große Zahnradineinander greifen (3 Löcher aufder Montageplatte).

Mit Windenergie wird elektrischerStrom erzeugt. Mit diesem Modellsoll das praktisch verdeutlicht wer-den. Das heißt, wenn der Wind kräf-tig bläst (kann z.B. ein Fön sein),wird der Motor zum Generator undwandelt mechanische in elektrischeEnergie um.



MATERIAL

Weichplastikflasche

dünne und dickereTrinkhalme (Baumarkt)

Knetmasse

Alleskleber

Buntpapier

Die Pressluftrakete

Eine Rakete, die ganz einfachohne Schall und Rauch im Zimmerfunktioniert, wollen wir zumNachbau empfehlen.Aus recycelbaren Materialienhergestellt, ist mit ihr auch fürungeübte Bastler ein erfolgreicherRaketenstart garantiert.

• In die durchbohrte Kappe einerWeichplastik-Flasche wird einTrinkhalm gesteckt.

• Die Fugen werden mit Alleskleberabgedichtet.

• Aus einem 10 cm langen dünnenTrinkhalm, der leicht über dasPlastikrohr gleiten muss, wird dieRakete gefertigt.

• Als Leitwerk werden buntePapierecken angebracht und dieSpitze aus Plastilin geformt.

• Das Plastikrohr wird so weit in dieRakete geschoben, bis seineSpitze leicht im Plastilin steckt.

• Drückt man nun kräftig auf dieFlasche, fliegt die Rakete bis zuzehn Meter weit.

DAS PRINZIP

BAUANLEITUNG

Durch das Zusammendrücken derPlastikflasche wird ein Druck aufge-baut, der in der geschlossenen Fla-sche nicht entweichen kann. AmEnde des Trinkhalmes ist die einzigeÖffnung der Rakete durch den Plas-tilinpfropfen verschlossen. Wird derDruck größer, löst sich die Raketevom Trinkhalm, da der Plastilinpfrop-fen nicht mehr abdichtet.Die zusammengepresste Luft ent-weicht und hat als Gegenwirkung dieBewegung der Rakete zur Folge.Eine Rakete, die ins Weltall startet,wird von den Gasen angetrieben, diesich in ihrem Triebwerk bei der ex-plosionsartigen Verbrennung von

Treibstoff und flüssigem Sauerstoffbilden. Sie treten mit großer Wuchtaus der Düse und stoßen die Raketemit gleichgroßer Wucht in die Gegen-richtung.



• Auf dem Zeichenkarton werdendie Umrisse des Mondes auf-gemalt und mit einem Faser-schreiber bekommt der Mondnoch ein schönes Gesicht.

• Der Mond wird an einer erhöhtenStelle im Zimmer mit Tesafilmoder Haken aufgehängt.

• Am Mond wird ein dünner, glatterFaden, ca. 6 m lang, befestigt.

• Von einem Trinkhalm wird eingerader Teil von ca. 12 bis 15 cmLänge zugeschnitten, danach derBindfaden durch den Trinkhalmgeführt.

• Das Mundstück des aufgeblase-nen Luftballons wird mit derBüroklammer zusammenge-drückt, so dass keine Luftentweichen kann.

• Der Trinkhalm wird mit zweica. 4 cm langen Tesafilm auf denBallon geklebt (siehe Abb. obenlinks).

• Der Faden wird z.B. an einemStuhl befestigt (siehe Abb. unten)und gestrafft, die Klammervorsichtig entfernt, das Ende desLuftballons zugehalten.

• Lässt man den Luftballon los,fliegt er auf seiner Flugbahn,geführt durch den Bindfaden, biszum Mond.

MATERIAL

Der Flug zum Mond

Die Schubkraft einer Raketeentsteht durch den Ausstoß vonGasen durch eine Auslassöffnung,das gleiche Prinzip wirkt beimEntweichen von Luft aus einemLuftballon. Schnell ist eine solche„Rakete“ gebaut, mit der ein „Flugzum Mond“ immer Spaß macht.

BAUANLEITUNG

DAS PRINZIP

1 Luftballon

1 Trinkhalm

Tesafilm

Büroklammer

dünner, fester Faden

Zeichenkarton

Buntstifte oderFaserschreiber

Die Rakete (Luftballon) wird dadurchangetrieben, dass die Luft mit ho-hem Druck aus der Düse (Mund-stück) entweichen kann. DieserDruck ist größer als der atmosphäri-sche Luftdruck.

Die Bewegung des Ballons ist amstraff gespannten Faden ausgerich-tet, das heißt, die vorher eingepress-te Luft strömt in eine Richtung aus.Auf den Ballon wirkt die entgegen-gerichtete Kraft, die ihn in die vorge-sehene Richtung beschleunigt.



MATERIAL

• Alle Raketenteile werden ausge-schnitten.

• Die Raketenhülle wird um dieDose gewickelt (mit Tesafilmfixieren) und an der Klebeflächezusammengeklebt.

• Die Raketenspitze wird ausge-schnitten und zu einem Kegelgefaltet, der an der Raketebefestigt wird (kleben).

• Zum Schluss die Seitenflügelausschneiden und ankleben.

Die Minirakete wird jetzt für den Startvorbereitet. Eine flache Fläche mög-lichst im Freien ist gut geeignet, dader Raketenstart durch die Brause-tablette in Verbindung mit Wassereine „klebrige Angelegenheit“ wird.Die Dose wird zu einem Viertel mitWasser gefüllt, danach kommt derTreibstoff – eine viertel Brauseta-blette – hinein. Jetzt den Deckelschnell aufdrücken, denn bis zumStart ist nicht viel Zeit.

Die Filmdosenrakete

Diese selbst gebaute Raketefunktioniert nach dem Rückstoß-prinzip.Nach der Beschaffung der„Raketenteile“ kann die Raketezusammengebaut werden.

eine leere Filmdose

ein kleines Blatt Papier

ein wenig Tesafilm

Klebstoff

eine Schere

Wasser undeine Brausetablette

BAUANLEITUNG

DAS PRINZIP

Die Brausetablette in der Filmdosereagiert mit dem Wasser. Es bildetsich ein Gas, Kohlendioxid. DochKohlendioxid benötigt sehr viel mehrPlatz als Wasser oder die Luft im In-neren der Dose.Da die Dose aber fest verschlossenist, kann das Gas nicht entweichen.Der Druck im Inneren der Filmdosesteigt an, bis der Deckel dem Drucknicht mehr standhalten kann. Er wirdmitsamt dem restlichen Wasser vomKohlendioxid herausgeschleudert.Das ist der Antrieb dieser Rakete.Durch den Ausstoß des Wassers wirddie Rakete vom Boden abgedrücktund fliegt hoch.

Raketenspitze

Flügel (3 Stück)

Raketenhülle

Klebefläche

Klebefläche

Kleb

eflä

che



Die Luftdruckrakete

An diesem vereinfachten Modellkönnen die Kinder verstehenlernen, wie eine Rakete grundsätz-lich funktioniert.Raketen werden angetriebendurch heiße Gase, die sich durchErwärmung ausdehnen und unterhohem Druck und hoher Geschwin-digkeit aus Düsen strömen. DieReaktion auf diesen „Schub“ istdie Bewegung der Rakete in dieentgegengesetzte Richtung. Beiunserem selbst gebauten Leicht-gewicht (Plastikflasche) reicht alsAntrieb die Kraft der Luft.Mit dem Bau und dem Startdieser einfachen Rakete ist dasRückstoßprinzip und die Kraft derLuft erlebbar.



MATERIAL

• In den Korken wird ein Loch(5 mm) für das Fahrradventilgebohrt und das Ventil mit Sekun-denkleber vorsichtig abgedichtet.Als Ersatz für ein Fahrradventilkann ein Ventil auch selbsthergestellt werden. Dazu wird ein4-mm-Messingrohr, das imFlaschenkorken mit der Klebe-pistole verklebt wird, verwendet.Am Korkende wird ein StückHaushaltsfolie mit einer Reißzwe-cke befestigt (siehe Foto S. 14oben).

• Der Trinkhalm wird mit Tesabandan der Flasche (Foto S. 15 oben)befestigt.

• Der 4-mm-Draht wird senkrecht indie Erde gesteckt und die Flaschemit Hilfe des Trinkhalmes amDraht befestigt.Fertig ist die einfache Raketenab-schussrampe.

• Über den Plastikschlauch wird dieRakete mit der Luftpumpeverbunden.

• Die Flasche wird vor dem Startmit etwa 1/3 Liter Wasser gefüllt.

• Auf der Startrampe im Freien(achte auf elektrische Leitungen)kann das Aufpumpen beginnen.Die Rakete fliegt ca. 20-30 mhoch.

eine 1,5-l-PET-Flasche

ein 4-mm-Draht,mind. 0,50 m lang

ein Trinkröhrchen

ein Flaschenkork

Sekundenkleber

Tesafilm

ein Fahrradventil (oder alsErsatz bei einem selbstgebauten Ventil: eineReißzwecke, ein Stück Folie,ein Messingrohr, einPlastikschlauch)

Bohrer, Schere, Klebepistole,Luftpumpe

DAS PRINZIP BAUANLEITUNG

Durch das Aufpumpen wird die Luftin der Flasche zusammengepresst(komprimiert). Ihr Volumen nimmtab. Wasser hingegen verändert sichnicht unter Druck. In beiden Fällenkönnen durch den Druck aber enor-me Kräfte entstehen.

Ist der Druck so groß, dass der Kor-ken herausgepresst wird, schießt dieRakete in den Himmel.

Sehr gut lässt sich die Abhängigkeitder Flughöhe von der eingefülltenWassermenge demonstrieren. Befin-det sich sehr viel Wasser und kaumLuft in der Rakete, ist das Start-gewicht der Rakete sehr groß unddas nutzbare Luftvolumen klein. DieRakete fliegt nicht sehr hoch, even-tuell bleibt sie sogar am Boden. Istumgekehrt wenig Wasser und vielLuft in der Flasche, ist nur wenigMasse zum Antrieb vorhanden unddie Rakete fliegt nicht sehr hoch. Zwi-schen beiden Extremen gibt es eineoptimale Wasserfüllung, die es aus-zuprobieren gilt.

Die Abbildung zeigt eine selbst ge-baute Startrampe, deren Konstrukti-on sehr unterschiedlich sein kannund die viel Raum für eigene Lö-sungsvarianten zulässt.

Vorsicht vor elektrischenLeitungen!

Hinweis:Messingrohr und4-mm-Draht (Schweißdraht)sind in jedem Baumarkterhältlich.


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ImpressumHerausgeber: Technischer Jugendfreizeit- und Bildungsverein (tjfbv) e.V.,Geschäftsstelle: Grundschule am Brandenburger Tor, Wilhelmstraße 52, 10117 BerlinTel. (030) 9 79 91 30, Fax (030) 97 99 13 22, [email protected]: Thomas Hänsgen (V.i.S.d.P.), Sieghard Scheffczyk, Dr. Carmen KunstmannLayout: Journalisten&Grafikbüro am Comeniusplatz, Gabriele Lattke, Tel.: (030) 2 79 37 68 | Druck: Druckerei THIEME, Meißen

wird gefördert vom Bundesministerium für Familie, Senioren, Frauen und Jugend und dem Europäischen Sozialfonds (ESF).

KONTAKT Die KON TE XIS Lern WerkstattTechnik in Berlin führt für Multipli-katoren der Jugendhilfe Fortbil-dungs-Kurse zum Thema „Alterna-tive Energien“ praxisnah durch(siehe dazu auch Arbeitsheft 2).

KON TE XIS – aus dem aktuellen Kursangebot zum Thema

Das Solarbuch163 Seiten,Ökobuch VerlagApril 2000ISBN392296480XPreis: 19,90 €

Informationen zumLeistungsangebot und zu

allen Organisationsfragen:Tel. (030) 97 99 13-231

Fax (030) 97 99 13-22www.tjfbv.de

[email protected]:

Manfred Bisanz

Technischer Jugendfreizeit-und Bildungsverein e.V.Lern Werkstatt Technik

Wilhelmstraße 5210117 Berlin

L I T E R A T U R

Spass & Spielmit derSolartechnikErschienen2003,Franzis Verlag,110 SeitenISBN 3-7723-4906-4Preis:14,95 €

Kleines abcRegenerative Energien2. Auflage 1998, 24 Seiten,VWEW EnergieverlagZu beziehen überLPE Technische MedienSchwanheimer Str. 27,69412 Ebersbach

www.technik-lpe.de

Elektrische Energie aus dem Wind2. aktualisierte Auflage 1995,60 Seiten, einfarbig, kartoniertISBN 3-925986-10-3Preis: 5,00 € (incl. MwSt., zzgl. Versandkosten)

KraftwerkSonneAugust 2003,138 Seiten,Rowohlt Tb.ISBN:349921220XPreis: 12,90 €

„Solarpower“ – Forschen fürdie Energie der Zukunft

Am Beispiel der regenerativen Son-nenenergie stehen solche Inhalte imFoKus dieses Kurses wie der Bau ei-nes Solarofens, Kaffee kochen mitder Kraft der Sonne, Experimenteaus dem Solarkoffer, Basteln einer„Sonnenfalle“, eines Aufwindkraft-werkes, einer Sonnenuhr oder derBau von Solarfahrzeugen aus Alltags-materialien.Ein Solarquiz kann in der Gruppe vor-bereitet und präsentiert werden. Ge-meinsam diskutieren wir über Um-weltprobleme und die Umsetzungvon Ideen im Alltag der Kindertages-stätten und Kinder- und Jugendein-richtungen.

Mit Sonne, Wasser und Luft – alternative AntriebeBeim Themenkreis „Energie und An-trieb“ wird der Zusammenhang vonEnergieumwandlung und Bewe-gungserzeugung anschaulich ge-macht. Physikalische Grundlagender Mobilität erfahren die Kursteil-nehmer(innen) durch die „Produkti-on“ von Feder-, Raketen-, Wasser-oder Schwerkraftmobilen. Die not-wendigen Kenntnisse und techni-

schen Umsetzungen erarbeiten sichdie Teilnehmer(innen) in der prakti-schen Auseinandersetzung beimselbstständigen Erarbeiten solch ei-nes technischen Modells.Experimente helfen beim Verstehenund zielen darauf ab, Lernprozesseanzuregen, die von Kindern und Ju-gendlichen selbsttätig und selbst-ständig vollzogen werden.

sonne, wind und wasser – die kräfte der natur · 2013-01-10 · der sonnenkollektor zu den...

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