Im Sommer 2022 war es endlich so weit und der Null e.V. hat seine erste Ferienpassaktion veranstaltet. Wir haben 15 Kinder und Jugendliche dazu eingeladen mit uns eigene Flaschenraketen zu bauen. Du fragst dich jetzt vielleicht, was eine Flaschenrakete überhaupt ist.
Flaschenraketen sind im Kern einfach Wasserraketen. Eine Hartplastikflasche wird zum Teil mit Wasser befüllt, kopfüber auf eine Startrampe gesetzt und mithilfe einer Fahrradpumpe aufgepumpt. Dadurch steigt dann der Druck im Inneren der Flasche, bis (wie oben im gif) die Verbindung zwischen Luftpumpe und Flasche gelöst wird. Dann entlädt sich der Druck in der Flasche mit viel Kraft nach unten und schießt dabei die Flasche in die Höhe. So eine Flaschenrakete kann bis zu 40 m hoch fliegen! Damit sind Flaschenraketen nicht nur günstig selbst zu machen, sondern auch sehr coole Experimente.
Aber was ist Druck überhaupt und wie funktioniert die Physik dahinter?
Den Druck in der Flasche kannst du dir wie einen überfüllten Bus vorstellen. Zu viele Menschen auf zu wenig Raum. Wenn die Bustüren sich dann öffnen strömen die Menschen sehr schnell nach draußen, sie wollen wieder einen normalen Abstand zu den anderen Menschen haben. Genau so fühlen sich auch die Luft- und Wasserteilchen. Durch die Luftpumpe wird es in der Flasche ganz schön eng für sie und bei der ersten Gelegenheit strömen sie so schnell es geht nach draußen. Das erzeugt eine starke Kraft nach unten, da wo Luft und Wasser hinfließen. In der Physik hat man nun herausgefunden, dass eine Kraft immer auch eine gleich große Gegenkraft hat. In unserem Fall hat die Kraft, die aus der Flasche nach unten drückt, eine Gegenkraft, die die Flasche in die entgegengesetzte Richtung schiebt. Wenn das Wasser und die Luft also nach unten schießen, fliegt die Flasche nach oben. Das nennt man auch das Rückstoßprinzip.
Damit die Flasche überhaupt in die Luft gehoben werden kann, muss die Kraft groß genug sein, um die Schwerkraft zu überwinden. Die Flaschenrakete muss also eine Kraft erzeugen, die es schafft das Gewicht der Flasche entgegen der Erdanziehung zu heben. Die Kraft unserer Flaschenrakete ist sogar so stark, dass die Flasche es mehrere Meter in die Höhe schafft! Sobald der Druck aus der Flasche entwichen ist, gibt es keine Kraft mehr nach oben. Die Erdanziehung holt sich die Flasche dann zurück und sie landet wieder.
Bonusfrage: Warum haben wir zusätzlich zu der Luft noch Wasser in die Flasche gefüllt?
Du hast ja schon gelernt, dass unsere Rakete viel Kraft braucht. Das passiert einerseits durch den Druck, wie oben erklärt. Allerdings halten unsere Flaschen nur einen begrenzten Druck aus. Druck wird in der Einheit bar gemessen und die Flaschen halten nur bis 6 bar aus. Das ist nicht so viel wie wir eigentlich brauchen. Es gibt aber noch eine Möglichkeit eine Kraft zu erhöhen und zwar funktioniert das, indem mehr Masse bewegt wird. Der Raketenantrieb besteht nicht nur aus dem Rückstoß, sondern wird auch durch den Verlust der Masse im Inneren der Flasche unterstützt. Ein Liter Luft hat nicht so viel Masse wie ein Liter Wasser. Das macht einen Liter Wasser auch schwerer als einen Liter Luft. Das Wasser hat also mehr Masse. Wenn nicht nur Luft, sondern auch Wasser aus unserer Rakete gepresst wird, erhöhen wir die Kraft die nach unten wirkt, die Flaschenrakete verliert mehr Masse, unsere Rakete schafft es also höher. Wichtig: Wir können die Flasche nicht nur mit Wasser füllen, weil wir immer noch den Druck der Luft brauchen. Wasser lässt sich nicht zusammenquetschen, Luft aber schon und macht es so leichter einen höheren Druck zu erzeugen. Die Luft presst dann das Wasser raus und sorgt dafür, dass die Flasche sich schnell und explosiv entlädt und nicht nur einfach nach unten ausläuft.
Wenn du das ganze selber nachbauen möchtest, findest du hier demnächst™ eine Anleitung!
- Anleitung: TBA
