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Versuche

Luftballonrakete

Material

  • Luftballon
  • Trinkhalm, möglichst dick, lang und gerade ohne Gelenk
  • Klebefilm
  • Perlon- oder Nylonfaden
  • Hilfsmittel: evtl. Wäscheklammer

Aufbau

Joachim Herz Stiftung
Abb. 1 Schnur, Trinkhalm, Luftballon und etwas Klebeband. Mehr benötigt ihr nicht für die Luftballon-Post.

Fädle einen Perlonfaden durch einen Trinkhalm und spanne den Faden (vgl. Abb 1). Nun bläst du einen Luftballon stark auf, klappst das Mundstück um und klemmst es mit einer Wäscheklammer zu. Den aufgeblasenen Ballon befestigst du jetzt noch mit Klebeband an dem Trinkhalm. Achte dabei darauf, dass sich der Trinkhalm möglichst wenig verbiegt, damit die Reibung klein bleibt.

Durchführung

Löse die Wäscheklammer und beobachte, was passiert.

Beobachtung

Entfernst du die Wäscheklammer, so entweicht die Luft aus dem Luftballon und der Ballon gleitet schnell an dem Perlonfaden entlang.

Erklärung
Aufgabe

Erläutere mit eigenen Worten, warum sich der Luftballon fortbewegt, sobald die Luft herausströmt.

Lösung

Bevor der Luftballon losgelassen wird, sind Ballon und Luft im Inneren in Ruhe. Wird die Wäscheklammer geöffnet, strömt die Luft, die in dem Luftballon enthalten ist, aus seinem Mundstück aus. Der Luftballon übt also eine Kraft in Richtung der Öffnung des Ballons auf die Luft aus (z.B. in Abb. 1 nach rechts). Aufgrund des Wechselwirkungsgesetztes (Newton III) übt daher die Luft eine gleich große, aber entgegengesetzt gerichtete Kraft auf den Luftballon aus. Der Luftballon in Abb. 1 wird nach links beschleunigt. 

Auch mit dem Impulserhaltungssatz kannst du dieses Verhalten erklären: Bevor der Luftballon losgelassen wird, ist sein Impuls Null. Wird die Wäscheklammer geöffnet, strömt die Luft, die in dem Luftballon enthalten ist, aus seinem Mundstück aus, hat also einen Impuls in diese Richtung. Da das System "gefüllter Luftballon" von außen keinen Impuls erhalten hat, muss nach dem Impulserhaltungssatz der Gesamtimpuls des Luftballons Null bleiben. Deshalb erhält die Ballonhaut und die Luft, die noch in dem Ballon enthalten ist, einen gleich großen dem Impuls der ausströmenden Luft entgegengerichteten Impuls. Der Luftballon gleitet an der Schnur entlang.

Bemerkung: Jeder hat schon mal einen aufgeblasenen nicht verschlossenen Luftballon aus Versehen losgelassen. Er bewegt sich schnell aber unkontrolliert. Die große Geschwindigkeit des Luftballons ist besser zu beobachten, wenn er an dem Perlonfaden geführt wird.

Literatur:
Hilscher, H.: Universität Augsburg, Institut für Didaktik der Physik, CD-ROM Freihandexperimente
Bublath, J.: Verblüffende Experimente aus der Naturwissenschaft, Wilhelm Heyne Verlag, München 1995
Ardley, N: 101 spannende Experimente aus Wissenschaft und Technik, Loewe Verlag, Bindlach 1995, S. 13