Dieses Material ist eine direkte Anknüpfung an die Unterrichtseinheit "Raketenphysik: Herleitung der Raketengrundgleichung". An verschiedenen Beispielen mit ein- bis dreistufigen Raketen wird den Lernenden gezeigt, wie man die Raketengrundgleichung für die verschiedenen Aufgabenstellungen anwenden kann. Dabei lernen die Schülerinnen und Schüler neben machbaren und bereits vielfältig durchgeführten Missionen mit Raketen zum Mond und auch zum Mars die Grenzen der Raumfahrt kennen. So erfahren sie, dass interstellare Missionen mit Raketen in die tiefen und extrem weit entfernten Bereiche des Weltalls auch in Zukunft – trotz ständig sich verbessernder technischen Möglichkeiten – aufgrund physikalischer Gegebenheiten wohl nicht möglich sein werden.
Raketenphysik: Beispiele zur Raketengrundgleichung
In dieser Unterrichtseinheit wird anhand verschiedener Beispiele zu ein- und mehrstufigen Raketen aufgezeigt, wie es zum einen möglich wird, Satelliten in eine erdnahe Umlaufbahn zu bringen und zum anderen, welche Voraussetzungen gegeben sein müssen, um den Anziehungsbereich der Erde – beispielsweise für Flüge zum Mond – zu verlassen. Dazu werden die kosmischen Geschwindigkeiten herangezogen, wobei die 3. kosmische Geschwindigkeit es auch ermöglicht, die Anziehungsbereiche von Erde und Sonne zu verlassen.
- Physik / Astronomie / Technik / Sache & Technik
- Sekundarstufe II
- circa 2 Unterrichtsstunden
- Arbeitsblatt
- 2 Arbeitsmaterialien
Beschreibung der Unterrichtseinheit
Unterrichtsablauf
-
Einstieg
Die Grundbedingungen aufgrund der kosmischen Geschwindigkeiten werden den Lernenden anhand von Folien/Animationen et cetera erläutert.
10 Minuten -
Vertiefung
Aufgabe 1 (Arbeitsblatt 1 a–c und 2 a–c) wird in Kleingruppen bearbeitet – die Lösungsvorschläge werden anschließend verglichen und gegebenenfalls korrigiert.
30 Minuten -
Hausaufgabe
Als Hausaufgabe bearbeiten die Lernenden Aufgabe 1d und recherchieren im Internet Antworten auf die Fragestellungen.
5 Minuten -
Ergebnisse herleiten
Die Ergebnisse aus der Hausaufgabe werden diskutiert und ergänzt (Lösungsblatt).
10 Minuten -
Vertiefung des Gelernten
Die Übungsaufgaben 2 und 3 werden in (Klein-)Gruppen erarbeitet, kurz vorgestellt und korrigiert (Arbeitsblatt 1 und Lösungsblatt).
35 Minuten
Didaktisch-methodischer Kommentar
Raketenphysik: Bedeutung für den Unterricht
Die große Bedeutung von Impuls und Impulserhaltungssatz kommt gerade beim Raketenflug im Weltraum voll zum Tragen. So kann gezeigt werden, dass Bewegungen im luftleeren Weltraum allein durch die im Impulserhaltungssatz enthaltenen Gesetzmäßigkeiten ablaufen – auch ohne die uns vertrauten irdischen Kräfte, wie zum Beispiel die Reibungskraft, die für eine Fortbewegung beim Gehen oder Fahren unbedingt nötig sind.
Vorkenntnisse
Vorkenntnisse von Lernenden können insofern vorausgesetzt werden, dass die Nutzung des Weltraums durch stationäre und uns permanent umkreisende Satelliten ebenso bekannt sein sollte – zum Beispiel die internationale Raumstation ISS, die unsere Erde in einem 90-minütigen Turnus umkreist.
Didaktische Analyse
Die Möglichkeit der Fortbewegung im luftleeren Raum durch Raketen bildet die Basis für prinzipielle Möglichkeiten zu Raketenflügen über große Distanzen. Allerdings dürfen die physikalischen Grenzen und damit verbundenen technischen Möglichkeiten beim Verlassen – etwa des Sonnensystems – nicht übersehen werden.
Methodische Analyse
Flüge zum Mond wurden nur möglich durch den Bau mehrstufiger Raketen wie der über 100 m hohen Saturn V Rakete der amerikanischen NASA – mit einstufigen Raketen wäre der Mond nicht zu erreichen gewesen. Diese physikalischen Notwendigkeiten genau zu erläutern, ist von entscheidender Bedeutung für das Verständnis der physikalischen Gegebenheiten und Unterschiede zwischen dem Aussetzen von erdnahen Satelliten und Flügen, mit denen man die Anziehungskraft der Erde und eventuell auch der Sonne überwinden muss.
Den Zugriff auf das Unterrichtsmaterial erhalten Sie mit einer Premium-Mitgliedschaft.
Unterrichtsmaterial "Raketenphysik – Beispiele" zum Download
- raketenphysik-beispiele-arbeitsblatt-01.pdf
In diesem Arbeitsblatt werden zunächst die historischen und physikalischen Grundlagen vorgestellt, bevor mit konkreten Beispielen die verschiedenen Raumflüge dargestellt werden.
VorschauIm Classroom-Manager speichern - raketenphysik-beispiele-arbeitsblatt-01.docx
In diesem Arbeitsblatt werden zunächst die historischen und physikalischen Grundlagen vorgestellt, bevor mit konkreten Beispielen die verschiedenen Raumflüge dargestellt werden.
Im Classroom-Manager speichern - raketenphysik-beispiele-loesungen.docx
Hier finden Sie die Lösungen den Übungsaufgaben des Arbeitsblatts.
Im Classroom-Manager speichern - Alle Materialien
Hier können Sie alle Materialien der Unterrichtseinheit im Word-Format als ZIP-Ordner herunterladen.
Im Classroom-Manager speichern
Vermittelte Kompetenzen
Fachkompetenz
Die Schülerinnen und Schüler
- kennen die Abläufe und Unterschiede bei Raketenflügen in die verschiedenen Regionen des Weltalls.
- können die unterschiedlichen Fragestellungen mit mathematisch präzisen Formeln unterlegen.
- wissen um die Bedeutung von Differential- und Integralrechnung für die Raketenphysik.
Medienkompetenz
Die Schülerinnen und Schüler
- recherchieren selbständig Fakten, Hintergründe und Kommentare im Internet.
- können die Inhalte von Videos, Clips und Animationen auf ihre sachliche Richtigkeit hin überprüfen und einordnen.
Sozialkompetenz
Die Schülerinnen und Schüler
- lernen durch Paar- und Gruppenarbeit das Zusammenarbeiten als Team.
- setzen sich mit den Ergebnissen der Mitschülerinnen und Mitschüler auseinander und lernen so, deren Ergebnisse mit den eigenen Ergebnissen konstruktiv zu vergleichen.
- erwerben fachliches Wissen, um mit anderen Lernenden, Eltern und Freunden wertfrei diskutieren zu können.
