Arbeitsblatt: Physik

Raketen und Raketenantrieb Der Jetlev-Flyer ist ein motorgetriebenes Fortbewegungsmittel, mit welchem sich eine Person auf und über der Wasseroberfläche frei bewegen kann. Mittels des Rückstossprinzips steigt die Person bei steil angestellten Düsen vertikal bis zu ca. 8,5 Metern Höhe auf und kann sich dann bei flach angestellten Düsen mit einer Geschwindigkeit bis ca. 50 km/h frei manövrierbar über der Wasseroberfläche bewegen. Die An- und Vortriebs-Einheit zieht dabei das Boot mittels des Schlauchs hinter sich her. Der Name Jetlev wurde aus den Wörtern Jet für Düse und lev für levitation, ( Schweben) gebildet. Mit dem Rückstossprinzip wird der Jetlev – Flyer oder eine Rakete angetrieben. Dabei wird die Rakete oder der Jetlev – Flyer durch den Rückstoss mit der gleichen Kraft nach oben beschleunigt wie das Antriebsmedium nach hinten ausgestossen wird. Beim Jetlev – Flyer ist das Antriebsmedium der Wasserstrahl. Die Kräfte wirken also immer paarweise. Übertragen auf die Rakete heisst das, dass sie mit der gleichen Kraft nach oben gedrückt wird, mit der der Treibstof nach unten ausgestossen wird Der Jetlev- Flyer funktioniert mit dem gleichen Prinzip wie eine Rakete, welche mit Wasser angetrieben ist, also eine Wasserrakete. Es gibt auch noch andere Arten von Antrieben für eine Rakete, wie zum Beispiel Luftantrieb oder Federantrieb. 1 Prinzipdarstellung der Feststofrakete Wasserrakete 2 Versuchsprotokoll Versuch 1 – der Luftantrieb Ablauf, Beobachtungen: Skizze des Versuchs Versuch 2 – der Federantrieb Ablauf, Beobachtungen: Skizze des Versuchs Versuch 3 – der Wasserantrieb Ablauf, Beobachtungen Skizze des Versuchs Schlussfolgerung: 3 Der Rückstoss Lies folgenden Text und löse die Aufträge. Ein Auto fährt, weil die vom Motor angetriebenen Räder am Boden greifen können. Ein Ruderboot kann sich vorwärtsbewegen, weil sich die Ruder am Wasser „abdrücken. Wie aber kann ein Raumfahrzeug im Weltall angetrieben werden, wo es sich doch weder vom Boden noch vom Wasser, ja nicht einmal von der Luft „abstossen kann? Diese Frage stellte sich zu Beginn des 20. Jahrhunderts der damals 12jährige Schüler Hermann Oberth. Er versuchte dieses Phänomen mithilfe von Vorgängen aus seiner Umwelt zu beantworten Nun versuchen wir das auch. Sicherlich hast du auch schon ähnliche Beobachtungen gemacht. Betrachte folgende Bilder und beschreibe was hier geschieht. Raketen nutzen das Rückstossprinzip, um von der Erde abzuheben und sich durch den Weltraum zu bewegen. Wenn die Triebwerke starten, werden die verbrannten Gase mit hoher Geschwindigkeit ausgestossen. Da die Gase sehr heiss ist, herrscht einen grossen Druck in der Brennkammer. Wenn die Verbrennungsgase ausgestossen wird, erfährt die Rakete gleichzeitig einen Rückstoss. Dieser Rückstoss treibt die Rakete in die entgegengesetzte Richtung, sie wird dadurch angetrieben. Eine Rakete muss mindestens 8 Kilometer pro Sekunde zurücklegen, damit sie die Erdanziehungskraft überwinden kann. In all diesen Fällen ist zu beobachten: Jeweils zwei Körper werden beschleunigt, und zwar in entgegengesetzte Richtungen. Das heisst: Auf jeden der beiden Körper wirkt eine Kraft. Unterschiedlich ist aber für alle Beispiele die Ursache dieser beiden Bewegungen. Beim Beispiel Boot sind es die Muskeln des Knaben, beim Jetlev Flyer sind es die Wasserdüsen und bei der Rakete die ausströmenden Gasen. Also wird eine 4 Rakete mit der gleichen Kraft nach oben gedrückt, mit der der Treibstof nach unten ausgestossen wird. Die Geschwindigkeit wird umso grösser, je höher die Ausströmgeschwindigkeit des Gases oder Wasser ist und je mehr Masse nach unten ausgestossen wird. Abbildung 1: Die Auch bei anderen Bewegungen (die wir normalerweise nicht Verbrennungsgase strömt mit mit dem Begrif Rückstoss erklären) sind genaugenommen hoher Geschwindigkeit in eine Richtung und die Rakete zwei wirkende Kräfte zu beobachten. Ein Beispiel ist das bewegt sich in die Anfahren eines Autos: Der Motor wirkt (über ein Getriebe) auf die Räder, und diese beschleunigen das Auto. Gleichzeitig wirkt in entgegengesetzter Richtung, manchmal sieht man nämlich wie kleine Steine nach hinten wegfliegen. Auf Asphalt ist davon zwar nichts zu sehen, aber auch hier wirkt eine zweite Kraft auf den Asphalt. Die Erde hat jedoch eine zu grosse Masse, dass der Rückstoss nicht zu sehen ist. Trotzdem ist er vorhanden. Ergänze die Lücken und beantworte die Frage: Lückenwörter: Bewegung, Richtung, weggestossen, Körper, Stoss, Rückstoss, Rückstoss Federantri Der Wagen wird durch die Feder fortgestossen; es erfährt einen. Gleichzeitig wird der Wagen in Bewegung gesetzt; er erfährt einen . Ähnliche Beobachtungen macht man bei einem Wagen mit Wasserantrieb und einem Wagen mit Luftantrieb. Ohne Wagen (nur durch Wegschnellen der Feder) beschleunigt der Wagen nicht. Das beweist, dass er sich nicht an der Luft abstösst. Wasserantrieb Luftantrieb 5 Immer, wenn von einem Körper etwas wird, erfährt der einen : Wenn er beweglich ist, setzt er sich dadurch in entgegengesetzter in . Wie wird eine Rakete angetrieben? Aufgaben 1. In den Versuchen Federantrieb, Wasserantrieb und Luftantrieb wurden Körper nach dem Raketenprinzip in Bewegung gesetzt. Trage in die Tabelle zu jedem der drei Versuche Stoss und Rückstoss ein. Wirkung des Was verursacht Wirkung des Rückstosses beide Stosses Bewegungen? Beispiel: Der Der Schlitten mit Die Muskeln des Der Knabe fällt Schlitten mit dem Mädchen wird Mädchens auf dem vom Schlitten dem Mädchen beschleunigt. Schlitten. S. 3 Federantrieb Wasserantrie Luftantrieb 2. Noch zu Beginn dieses Jahrhunderts glaubten Wissenschaftler, dass sich eine Rakete „an der Luftmasse abstossen müsse. Gib 2 Beispiele, die diese Aussage widerlegen. 3. Mit Rollschuhen und mit einem Medizinball könntest du dich selber nach dem Raketenprinzip in Bewegung setzen. a. Zeichne dazu eine einfache Skizze, und trage Pfeile mit den Begrifen Stoss und Rückstoss ein. 6 b. Wie erreicht man, dass der Rückstoss möglichst gross wird? 4. Ein Mädchen springt aus einem Boot auf einen Steg, Was geschieht? Erkläre mit dem Rückstossprinzip. 7