Das Luftballonkarussel

Versuchsaufbau

  • Ein Holzständer mit Nadel, ein Holzstab in der Mitte quer durchbohrt (Rotor), zweiLuftballons, Drahtschlaufe (zur Befestigung der Luftballons),

  • 1 Holzständer mit Nadel,
  • 1 Holzstab in der Mitte quer durchbohrt (Rotor),
  • 2 Luftballons,
  • Drahtschlaufe (zur Befestigung der Luftballons),

Versuchsdurchführung

Versuchsbeobachtung

Erläuterung für die Lehrerin/ den Lehrer

Was fachlich hinter dem Versuch steckt

Der Versuch demonstriert das Rückstoßprinzip. Das Rückstoßprinzip ist immer dann wirksam, wenn von einem Körper etwas weggeschleudert oder in eine bestimmte Richtung abgegeben wird. Der verbleibende Körper erfährt dann eine Kraft in der entgegen gesetzten Richtung. Das Rückstoßprinzip ist eine Folge des 3. Newtonschen Axioms, das besagt, dass immer wenn ein Körper A auf einen anderen Körper B eine Kraft ausübt, der Körper B eine gleich große Kraft in der entgegen gesetzten Richtung auf A ausübt. Dieses Prinzip bezeichnet man auch als Wechselwirkungsgesetz oder "actio = reactio". Die beiden Körper, die hier im Spiel sind, sind die Luft und die Luftballons. Der gespannte Luftballon übt eine Kraft auf die darin befindliche Luft aus. Die Luft entweicht aus dem Ballon (actio) und der Ballon erfährt eine Kraft in die entgegengesetzte Richtung (reactio). Die besondere Ausrichtung der Ballons sorgt dafür, dass der Holzstab dabei in Drehung versetzt wird. Eine andere Erklärung des Rückstoßprinzips ist die Erhaltung des Gesamtimpulses (Impulserhaltungsgesetz). Im Inneren eines aufgeblasenen Luftballons bewegen sich die Luftmoleküle regellos mit unterschiedlichen Geschwindigkeitsbeträgen hin und her. Dabei prallen sie auch immer wieder gegen die Gummihaut und werden von dort reflektiert. Diese erfolgenden Stöße sind die Ursache für den Druck im Inneren des Luftballons, der dafür sorgt, dass der Luftballon seine Form behält. Jedes Teilchen erfährt hierbei durch die Reflexion eine Impulsänderung. Der Gesamtimpuls ist  = 0. Das heißt: der Luftballon bewegt sich nicht. Gibt man die Öffnung des Luftballons frei treten Luftmoleküle aus der Öffnung des Luftballons aus und nehmen dabei einen Impuls in Ausströmrichtung mit. Damit aber der Gesamtimpuls weiterhin = 0 bleibt, muss der Ballon einen gleichgroßen Impuls in die andere Richtung erfahren. Der Ballon bewegt sich also bei Austritt der Luft in die Richtung entgegen der Ausstoßrichtung.

Was der Versuch mit dem Alltag zu tun hat

Ein Beispiel für das Rückstoßprinzip ist der Düsenantrieb von Flugzeugen, Raumschiffen oder Raketen und der Antrieb von Motorbooten. Auch einige Tiere bewegen sich nach diesem Prinzip vorwärts. Z.B. schleudern Tintenfische Wasser nach hinten, um sich selbst fortzubewegen. Auch beim Abfeuern einer Gewehrkugel ist der Rückstoß zu spüren. Im Alltag kann man das Rückstoßprinzip folgendermaßen ausprobieren: wenn man auf einem See in ruhender Position auf einem Boot steht und dann ins Wasser springt, erfährt das Boot einen Rückstoß. Es Boot bewegt sich genau in entgegen gesetzte Richtung des Sprunges.

Unterrichtspraktische Hinweise

Man kann dieses Prinzip auch leicht zeigen, indem man sich auf ein Skateboard stellt und Dinge wegwirft.

Carolin Schneider & Bastian Fleck