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Gummiantrieb: Das Katapult

Nach einer Idee von: Parsons, A.; Glover, D.: Faszinierende Experimente, S.10 - 11.

katapult

1.    Kurzbeschreibung

Die Schüler sollen durch den Umgang mit dem Katapult die charakteristischen Eigenschaften eines Gummibands (Elastizität) und die Wirkungsweise des Hebelgesetzes erfahren.

2.    Sachinformationen

Siehe „Hebel“ und „Gummiantrieb III“ in den Sachinformationen für die Lehrkraft.

3.    Anleitung für Lehrkräfte
3.1.    Materialien

Material:

  • 1 Streichholzschachtel (Man benötigt nur die Innenschachtel.)
    Alternativ: 1 Teelichtgehäuse
  • 1 Schaschlik-Spieß
  • 3 Reißzwecken
  • 1 Gummiring (Dicke: min. 0,3 cm; Ø: ca. 4 - 5 cm)
  • 1 Holzbrett (Maße: siehe Abb. 1)
  • 2 vierkantige Holzstäbe (Maße: siehe Abb. 2; hier: Befestigungsstäbe)
  • 1 vierkantiger Holzstab (Maße: siehe Abb. 3; hier: Hebel)
  • Material zum Katapultieren (z.B.: Büroklammer, Radiergummi, Gummibärchen)
  • 2 Flachsenkkopfschrauben (Stärke: 3,0 mm; Länge: 30 mm)
  • 2 Holzkugeln mit Loch (möglichst farbig; Ø: ≈ 14 mm)

Werkzeug:

  • 2 Handbohrer (Dicke: 2,0 mm + 4,0 mm; siehe Abb. 4)
    Alternativ:
    1 Handbohrmaschine (siehe Abb. 5)
  • 1 30-cm-Lineal
  • 1 spitzer Bleistift
  • 1 Schraubendreher (für das Versetzen der Reißzwecken)
  • 1 Tube Holzleim
  • Nur wenn möglich: 1 Schraubstock


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Abb. 4
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Abb. 5
3.2.    Bauanleitung

(Siehe auch Tipps und Tricks)

Zunächst benötigt man für den Hebel einen ca. 30 cm langen, vierkantigen Holzstab und für die Befestigung zwei vierkantige Holzstäbe mit einer Länge von ca. 20 cm. In den Hebel wird mittig ein Loch mit Hilfe des Handbohrers gebohrt, durch das der Schaschlik-Spieß durchgesteckt werden kann (siehe Abb. 7). Im Anschluss werden jeweils zwei Löcher in die zur Befestigung dienenden Holzstäbe gebohrt. Jeweils ein Loch sollte sich auf einer Höhe von ca. 14 cm befinden (siehe Abb. 7) und ebenfalls größer als die Dicke eines Schaschlik-Spießes sein. Die anderen zwei Löcher werden auf einer Höhe von 1 cm gebohrt (siehe Abb. 7), damit später diese Befestigungsstäbe an das Holzbrett geschraubt werden können. Daher sollte das gebohrte Loch nicht größer als der Schraubendurchmesser sein.

Im nächsten Schritt wird die Streichholz-Innenschachtel mit Hilfe einer Reißzwecke am Fuß des Hebels befestigt. Wichtig ist hierbei, dass sich die Schachtel auf einer Seite ohne Loch befindet (siehe Abb. 8). Anschließend werden die Befestigungsstäbe seitlich an das Holzbrett mit Schrauben und Holzleim angebracht. Beachtet werden sollte, dass die Holzstäbe sich in der Mitte des Bretts befinden sollten (siehe Abb. 9).

Im Anschluss wird der Schaschlik-Spieß durch die Löcher aller Holzstäbe gesteckt (siehe Abb. 10) und auf eine entsprechende Länge gekürzt. Danach werden zwei Holzkugeln mit Hilfe von Holzleim an den Enden des Spießes fixiert. Im letzten Schritt wird der Gummiring durch Reißzwecken am Holzbrett und am Hebel befestigt (siehe Abb. 11).

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Abb. 6
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Abb. 7
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Abb. 8
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Abb. 9
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Abb. 10
katapult_abb11 Abb. 11
3.3.    Durchführung

Die Innenschachtel wird mit „Munition“ gefüllt und das Katapult mit einer Hand auf der Seite des Gummirings festgehalten. Anschließend wird der Hebel mit der anderen Hand nach unten gezogen und losgelassen (siehe Abb. 12).
Die Position des Gummirings kann durch Versetzen der Reißzwecken leicht verändert werden.

katapult_abb12
Abb. 12

 

Arbeitsanleitung herunterladen:

Anleitung Katapult

4.    Tipps und Tricks
  • Beim Befestigen der Holzstäbe am Holzbrett durch Schrauben muss darauf geachtet werden, dass die Holzstäbe nicht aufplatzen.
  • Man sollte zwei Handbohrer verschiedener Größe nehmen, um Vorbohren zu können und so das Platzen der Holzstäbe zu verhindern.
  • Das Katapult kann anschließend verziert werden, beispielsweise durch Bemalen des Holzes.
  • Die Regeln für die Gewährleistung der Sicherheit der Kinder sollte zuvor besprochen werden.
  • Handbohrer können im Baumarkt günstig erworben werden.
  • Der Bau des Katapults sollte in Gruppen- bzw. Partnerarbeit umgesetzt werden. Auf der einen Seite können dadurch die Materialkosten gering gehalten werden und auf der anderen Seite werden mehrere Kinder für das Bohren benötigt.
  • In den Hebel können mehrere Löcher gebohrt werden. Dadurch kann veranschaulicht werden, welche Wirkung die Veränderung der Position des Drehpunktes hat.
  • Es sollte zuvor ein Modell gebaut werden, um alle eventuell auftretenden Schwierigkeiten erkennen und gegebenenfalls beseitigen zu können. Dieses Modell kann auch als Motivation im Unterricht verwendet werden.
  • Nach dem Bau kann ein Spiel durchgeführt werden, indem ausprobiert wird, welches der Katapulte den Gegenstand am weitesten katapultieren kann.
5.    Weiterführende Literatur

Parsons, A.; Glover, D.: Faszinierende Experimente. Maschinen, Elektrizität, Schallwellen. Würzburg: Arena Verlag GmbH, 2001 (Seite 10 - 11).

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