Die Raketengleichung: Wie schnell fliegen Raketen?

Wie und wie schnell fliegen eigentlich Raketen? Das und wie man die Geschwindigkeit einer Rakete berechnet und die Raketengleichung herleitet, können Schülerinnen und Schüler der Stufen 10 bis 13 in dieser Unterrichtseinheit "Die Raketengleichung" erfahren!

  • Astronomie / Mathematik / Physik / Technik
  • Sekundarstufe I, Sekundarstufe II
  • 1 bis 2 Unterrichtsstunden
  • Arbeitsblatt
  • 1 Arbeitsmaterial

Beschreibung der Unterrichtseinheit

Um sich fortzubewegen, stößt die Rakete heiße Gase mit hoher Geschwindigkeit aus und verliert dadurch Masse. Dies bewirkt eine Erhöhung der Geschwindigkeit. Die Geschwindigkeit, die die Rakete dabei erreicht, lässt sich mittels der Raketengleichung berechnen. Der Schub des ausströmenden Gases gibt der Rakete einen Impuls und die Rakete wird beschleunigt.

Die Raketengleichung geht aus der Impulserhaltung hervor. Der Impuls eines Systems, zum Beispiel einer Rakete, ist definiert als Masse mal Geschwindigkeit. Vor dem Start ist die Rakete mit ihrem Treibstoff gefüllt und bewegt sich nicht. Sie ist in Ruhe. In diesem ruhenden Zustand sagt man, die Rakete mit ihrem Treibstoff haben keinen Impuls in unserem Bezugssystem. Wird der Treibstoff dann gezündet, strömt am unteren Ende der Rakete Gas aus dem Treibstofftank. Er hat also einen nach unten gerichteten Impuls. Dadurch wird an die Rakete ein Impuls gegeben, sodass diese sich nach oben bewegt und von der Erde abhebt. Werden nach und nach mehr Triebwerke gezündet, vergrößert sich die Geschwindigkeit weiter.

Die Aufgaben können einzeln im Unterricht oder als Teil der Moon Camp Challenge oder als Vorbereitung für den CanSat-Wettbewerb bearbeitet werden.

Unterrichtsablauf

Inhalt
Sozial- / Aktionsform

Didaktisch-methodischer Kommentar

Die Schülerinnen und Schüler sollten über Grundlagen der Rechnung mit Logarithmen verfügen. Nach verständlicher Einführung durch die Lehrkraft oder durch eigenständiges Erarbeiten der beigefügten Grundlagen/Einführung kann das Arbeitsblatt auch als Hausaufgabe erarbeitet werden.

  • Jahrgangsstufe: 10 bis 13
  • Unterrichtsfach: Physik/Mathematik
  • Niveau: Mittel
  • Zeitbedarf: 1 bis 2 Schulstunden
  • Themen: Raketengleichung, Impulse

Unterrichtsmaterial "Die Raketengleichung" zum Download

Vermittelte Kompetenzen

Die Schülerinnen und Schüler

  • führen Berechnungen mit dem natürlichen Logarithmus durch.
  • untersuchen die Geschwindigkeitsänderung am Beispiel einer Rakete.
  • nutzen eine vorgegebene Gleichung für Berechnungen.
  • verstehen die Herleitung der Raketengleichung durch die Impulserhaltung.

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In Kooperation mit

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Dieses Material wird angeboten von ESERO Germany, dem European Space Education Resource Office in Deutschland. ESERO ist ein gemeinsames Projekt der European Space Agency (ESA) und des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR).