Schüler-Startseite

Wir fliegen zum Mars!

Die Präsentationen finden am Freitag von 10:30 bis 12 Uhr statt:

Code name: Elon Musk Ohne Murks / Leon Sucks / Leon Muks

Eine Rakete konstruieren, uns über die nötige Energie Gedanken machen und überlegen, wie der Rückstoss funktioniert, sowie Raketenstarts vermessen und dokumentieren.

• Anzahl SuS: max. 24
• Projekttitel: Rocket Science: Wir fliegen zum !
• Beschreibung:
  • Eine Rakete konstruieren, uns über die nötige Energie Gedanken machen und überlegen, wie Rückstoss funktioniert. Raketenstarts vermessen, Telemetriedaten aufzeichnen und die besten Flüge dokumentieren. Wir bringen das beste aus Physik und Informatik zusammen. Warnung: Du könntest nass werden.
• Leeeeerpersonen:
  • sca@ (100%): Nicht am Mittwoch
  • hof@ (40-60%): Montag nur bis 14:30
  • gra@ (40-60%): Dienstagvormittag, Mittwoch, Donnerstag ab 9:30 und Freitag
  • gru@ (100% ?): Montag, Donnerstagvormittag, ev. Freitag ab 9:40
  • sps@ ev. sporadisch
• Räume:
  • am liebsten Makerspace (zwingend) + Mehrzweckraum

• Versuchsanordnung Wassermenge / Druck / Höhenberechung
  • funktioniert grundsätzlich, aber ist nicht einfach
  • nächstes Jahr:
    • Teil 1: mit vorgefertigtem Dataset Flug simulieren (jede:r einzeln, in Python)
      • Ziel: Jeder kann die Formeln nachvollziehen
      • Ziel: Jedes Team hat gute Diagramme.
    • Teil 2: Daten sammeln, eigene Simulation
      • mehr Wasser, weniger Druck (erste 300ms sind meist nicht erkennbar wegen des Schocks)
      • z.B. 1-2bar atü, 1l Wasser
      • ev. Wasser mit Lebensmittelfarbe einfärben
      • Ziel: Datenerhebung selbst gemacht, mit allen Schwierigkeiten
      • Ziel: Optimale Füllmenge berechnen.
• Idee gra@:
  • Gamification des ganzen Prozesses:
    • Team hat Gesamtbudget zur Verfügung.
    • Kosten modellieren Ressourcen (Flaschen, Ducttape, Wasser, Launch)
    • Erfolgreiche Launches erzielen Gewinn
  • Ziele:
    • Spass
    • haushälterischer Umgang mit Ressourcen
    • Project Management in Challenge integrieren

• Wissenschaftliches Arbeiten: versuchen zu integrieren
  • Idee: Wasserauswurf pro Zeit messen (s. Video),
    • Gegenüberstellen der übrigbleibenden Masse der Rakete
    • Daraus Beschleunigung zu jedem Zeitpunkt numerisch berechnen (oder mit DGL?)
    • Also ~ eine Approximation an die Raketengleichung
• Kriterien für Präsentation:
  • ±7 Folien für 5 Kapitel, +Titel +Quellen
  • Ablauf:
    • Titel
    • Thema/Fragestellung/Hypothese
    • Theoretische Grundlagen
    • Vorgehen & Methoden
    • Resultate (Grafik / Tabelle + schriftliche Erklärung im Notizbereich)
    • Diskussion: Hypothese annehmen/ablehnen, Problemdiskussion, Fazit
    • Quellen
  • Feedback:
    • Formales (Text, nicht überladen, Quellen)
    • Auftritt (Haltung, Blickkontakt), Sprache…

• Umbenennen auf Rocket Science!!!
• Auf Düsendrucken verzichten (funktioniert nicht), von Anfang an auf gekaufte Düsen setzen.
  • genügend Düsen kaufen für alle
• Höhenmesser für jedes Team (haben nur zwei)
  • GY-68 BMP180
• Ausbauen:
  • Data Science: mehrere Versuche (z.B: Zusammenhang Wassermenge ↔ Höhe)
  • alle SuS zu Python „zwingen“
  • hierzu vielleicht konkrete Teilaufgaben stellen?
  • Evtl. auch konkrete Challenges für jene, die in Python zurückbleiben (Fallschirm, ideale Flügel, Datenauswertung etc.).
• weniger: Basteln
  • Kosten im Blick haben (Klebebandverbrauch…)
• Material:
  • Tennisbälle
  • pro Gruppe eine Düse
  • genug 2K-Kleber, ev. PU-Kleber
  • Ducttape (2-3 Rollen)
  • Lipo-Akkus mit Stecker für Microbit, idealerweise auf 3.7 Volt geladen.
  • Evtl. dünne Polycarbonatplatten für die Flügel.

• raketfuedrockets.com
  • 3d-printed nozzles
• aircommandrockets.com

Plan 2026

Originalplan 2025

Das Projekt wäre auch ohne Chemie durchführbar (nur Wasserrakete ohne Gasgenerator).

• Physik
  • Bau und Beschreibung von Raketen

    • Themen: Newton 1-3, Gasdruck, ideale Gase, Druck & Geschwindigkeit, Rückstossantrieb, Impulserhaltung
    • Wir benötigen Impuls → Massenaustoss
      • Annahme: Energieinhalt der Druckluft ist immer gleich.
      • → Impuls steigt mit der Wurzel des Dichteverhältnisses des Ausstossmediums zur Luft (z.B. Wasser ca. 100x massereicher als Druckluft → 10x grösserer Impuls)
      • Problem: Masse muss mitgeführt und mitbeschleunigt werden.
    • Erste Versuche könnten auch mit einer Wasserrakete (also mit externer Druckaufladung) angestellt werden.
    • Alternative Masseladungen (Kristallzucker? Zuckerwasser? Gesättigte Salzlösung?)
• Chemie

  • Säure-Base-Rakete:
    • Antriebsmedium ist CO2 aus einer Verdrängungsreaktion, das den Druck erzeugt.
  • Themen: Stöchiometrie, Verdrängung, Säuren und Basen
  • Reaktionsgeschwindigkeit: kann die Gas-Generation so auf den Volumenausstoss abgestimmt werden, dass der Druck gleichbleibt?
  • Ev. Löslichkeit (für alternative Masseladungen aus Salzwasser…)
• Informatik
  • Ziel: Data-Collection, Data-Analysis, Data-Visualization

    • Data-Collection:
      • Telemetrie-Payload für Rakete entwickeln
      • Beispiel:
        • Microbit (10g) mit Stromversorgung (ca. 30g)
        • Kontinuierliche Aufzeichnung der Werte des Beschleunigungssensors.
        • Transmission via Bluetooth an Bodenstation (Telemetrie)
      • Aufprallsicherheit / Überlebenschancen für Microbit
    • Data-Analysis:
      • Daten anzeigen (Excel, CSV, Pandas)
      • Daten säubern (Startzeitpunkt, Scheitelpunkt, Aufprall erkennen)
      • Sekundärinformationen berechnen (Flugzeit, Scheitelhöhe, Vmax)
    • Data-Visualization:
      • Flugpfad (Höhenprofil) zeichnen
      • Geschwindigkeit vs. Höhen-Diagramm

• gra@, sca@, hof@, ev. sps@

• Zwei Räume (z.B. HR2.05 & HR2.06)

• PET-Flasche (25 St. für 47 CHF)
  • pro Team 2 CHF
  • besser: im Entsorgungsraum beim Hausdienst 'ausleihen'.
• Heissleim
• 2K-Kleber (gra@)
• 12 Gardena-Adapter à 2.50 CHF
  • Alternative: PET-Adapter
    • hof@ hat 4 Stück
  • Alternative: Wasserraketen-Set
• Polycarbonatplatte z.B. Jumbo à 7.80, reicht wohl für 4 Teams
  • gra@ hat bestellt
• Fahrradpumpe mit Adapterschlauch Schräder-Ventil → Gardena-Kupplung (kann hof@ mitbringen)
• Data Collection:
  • 8 Microbits, davon 4 mit 2*AAA-Batteriefach.
  • Arduino

from microbit import *
import log
 
# The standard setting only allows accelerations up to 2g, we want 8g!
accelerometer.set_range(8)
 
# Initialize Altimeter
import bmp280
alti = bmp280.BMP280()
 
def read_compass():
    return compass.get_x(), compass.get_y(), compass.get_z()
 
LOGGING = False
START = 0
# Set the timer to log data every 20 milliseconds (50 measurements per second)
@run_every(ms=20)
def log_single_row():
    print(".", end="")
    if not LOGGING:
        return
    print("+", end="")
    timestamp = time.ticks_ms() - START
    # TODO: do nothing unless countdown has started!
    record = {'launch_ts' : timestamp}
    accel = dict(zip(('ax', 'ay', 'az'), accelerometer.get_values()))
    bearing = dict(zip(('mx', 'my', 'mz'), read_compass()))
    record.update(accel)
    record.update(bearing)
    altitude = {'altitude': alti.Altitude()}
    record.update(altitude)
    print(record)
    log.add(record)
 
import time
 
def start_countdown():
    global LOGGING
    global START
    START = time.ticks_ms()
    print("countdown started, resetting log")
    # Delete last log
    log.delete()
    # Define which columns we are going to log.
    log.set_labels('launch_ts', 'ax', 'ay', 'az', 'mx', 'my', 'mz', 'altitude', timestamp=log.MILLISECONDS)
    LOGGING = True
 
def launch_abort():
    global LOGGING
    print("launch aborted")
    LOGGING = False
 
import radio
radio.config(channel=42, group=67)
 
while True:
    msg = radio.receive()
    if msg == "start_countdown":
        start_countdown()
    elif msg == "launch_abort":
        launch_abort()
    sleep(100)

from microbit import *
import radio
radio.config(channel=42, group=67)
 
while True:
    if button_a.was_pressed():
        radio.send("start_countdown")
    elif button_b.was_pressed():
        radio.send("launch_abort")
    sleep(50)