Raketenphysik: Herleitung der Raketengrundgleichung

Unterrichtseinheit

Mit der Unterrichtseinheit wird ein mathematisches Verfahren vorgestellt, mit dem Näherungslösungen bei Antrieb und Flug von Raketen zu exakten Lösungen werden. Wegen des dafür nötigen Wissens zur Differential- und Integralrechnung werden nur interessierte Schülerinnen und Schüler mit den entsprechenden Kenntnissen angesprochen. Ziel der Unterrichtseinheit ist die Anwendung der Raketengrundgleichung, die vom russischen Mathematiker und Raumfahrttheoretiker Konstantin Ziolkowski erstmals im Jahr 1903 aufgestellt wurde.

Physik / Astronomie / Technik / Sache & Technik
Sekundarstufe II
4 Unterrichtsstunden
Arbeitsblatt
2 Arbeitsmaterialien

Beschreibung der Unterrichtseinheit

Ausgehend von den Vorkenntnissen (Grundlagen der Raketenphysik) werden die Schülerinnen und Schüler mit den Gesetzmäßigkeiten zur Differential- und Integralrechnung Schritt für Schritt an die exakte Berechnung von Raketenbewegungen herangeführt. Nach der Herleitung der Raketengrundgleichung und der daraus resultierenden Raketengeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Flugzeit sind die Lernenden in der Lage, nach weiteren Herleitungen die Höhe des Raketenfluges in Abhängigkeit der Zeit sowie die maximal erreichbare Höhe nach Ablauf der Brenndauer des Raketenantriebes abzuleiten.

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Vermittelte Kompetenzen

Fachkompetenz

Die Schülerinnen und Schüler

kennen die exakten Abläufe bei Raketenflügen in das Weltall.
können die unterschiedliche Fragestellungen mit mathematisch präzisen Formeln unterlegen.
wissen um die Bedeutung von Differential- und Integralrechnung für die Raketenphysik.

Sozialkompetenz

Die Schülerinnen und Schüler

lernen durch Paar- und Gruppenarbeit das Zusammenarbeiten als Team.
setzen sich mit den Ergebnissen anderer Gruppen auseinander und lernen so, deren Ergebnisse mit den eigenen Ergebnissen konstruktiv zu vergleichen.