Die Erdumkreisung in einem Ballon als Thema für den Sachunterricht in der Grundschule

Gliederung

1.  Einleitung Seite  3

2.  Sachwissen Seite  4

2.1  Die Erdumkreisung Seite  4

2.2  Auftrieb des Heißluftballon Seite  6

3.  Der Unterricht Seite  7

  unter anderem:  

  N Unterrichtseinstieg  

  N Versuch 1: Der Geist in der Flasche  

  N Versuch 2: Der Geist in der Flasche  2

  N Versuch 3: Die blubbernde Flasche  

  N Versuch 4: Gewicht der Luft  

  N Versuch 5: Ausdehnung von Mais bei Erhitzung  

  N Versuch 6: Das erste Mais-Experiment  

  N Versuch 7: Das zweite Mais-Experiment  

  N Versuch 8: Der fliegende Teebeutel  

  N Versuch 9: Bau und Start eines eigenen Heißluftballons  

4.  Fazit Seite  27

5.  Literaturverzeichnis Seite  29

Anhang  Seite  31

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1. Einleitung

Viele Kinder sind, obwohl ihnen im alltäglichen Leben so oft das Gegenteil bewiesen wird (Luftballons, Seifenblasen, Luftpumpe usw.) der Meinung, dass Luft nichts ist.

Umso interessanter ist es, die Schüler selbst erforschen zu lassen, dass Luft nicht nur keinesfalls nichts ist, sondern dazu noch so viele faszinierende Eigenschaften besitzt. Ich denke, dass dieses Thema besonders gut für den Physik-Unterricht in der Grundschule geeignet ist, da man viele ungefährliche Versuche mit den Schülern durchführen und damit den Unterricht interessant gestalten kann. Auf den folgenden Seiten werde ich deshalb versuchen die Idee einer Unterrichtseinheit zu entwickeln, in der man den Schülern der Grundschule das Thema „Auftrieb“ mit Freude vermitteln kann. Ich werde hierzu auch auf die erste Erdumkreisung eingehen, welche 1999 Bertrand Piccard und Brian Jones gelang. Da im Rahmenplan Grundschule für Hessen empfohlen wird, in der Grundschule (dritte Klasse) nur die Tragfähigkeit und Ausdehnung von Luft zu erproben, werde ich allerdings nur kurz auf die Besonderheit des Ballons, welchen Piccard und Jones bei ihrem Weltrekord benutzten, eingehen und mich sonst auf normale Heißluftballons beschränken.

Ich werde meine Idee für eine Unterrichtseinheit zu diesem Thema, wie empfohlen, in Form eines Briefes an einen mir unbekannten Lehrer verfassen.

Als besonderen Abschluss werde ich einen eigenen Ballon basteln, der sich auch für die Grundschule zum Nachbau eignet, und den Bau sowie den Start mit Fotografien und einem Video dokumentieren.

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2. Sachwissen

2.1 Die Erdumkreisung

Am 1.März 1999 starteten der Pilot Bertrand Piccard und sein Co-Pilot Brian Jones ihren dritten Versuch, die Erde in einem Ballon zu umrunden, und schafften es. Niemand, nicht einmal sie selbst, hatten nach zwei Fehlversuchen noch geglaubt, dass es klappen würde. Die Nervosität war groß, denn sie wussten, dass dies nicht nur der dritte, sondern auch der letzte Versuch für sie sein würde, da ihr Sponsor sie verstehen ließ, dass er einen weiteren Fehlversuch nur mit einem Rückzug aus dem Projekt kommentieren würde. Der Ballon, mit dem sie flogen war eine sogenannte Rozière.

werden Butangasbrenner genutzt.

Es war lange Zeit ungewiss, ob Piccard und Jones überhaupt noch eine Chance bekommen würden, da die „Ballon-Jahreszeit“ sich immer mehr dem Ende näherte und kein geeignetes Wetterfenster in Aussicht stand, welches sie um die Welt führen konnte. Doch Ende Februar, als sie schon dabei waren ihre Zelte abzubrechen,

¹ http://www.ballonfahrer-online.de/bo_ballontypen/bo_roz/bo_roziere1.html#aufbau

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bekamen sie endlich das „OK“ ihrer Meteorologen, da ein geeignetes Wetterfenster in Sicht war.

Das größte Problem, das sie während ihrer Fahrt, die am 01.03.1999 in Chateaux d`Oex in der Schweiz begann, meistern mussten, waren die großen Sperrgebiete, besonders über China, die sie nicht passieren durften. Doch hierfür hatten sie die Unterstützung der Meteorologen ihres Genfer Bodenteams.

Als sie am 21.03.1999 in der ägyptischen Wüste landeten, war es sicher, sie waren die ersten Menschen, die die Erde ohne Zwischenlandung in einem Ballon umfahren hatten.

Mit einem normalen Heißluftballon wäre die Umkreisung der Erde niemals möglich gewesen, da für eine so lange Fahrt sehr viel Brennstoff benötigt würde, um ihn am Himmel zu halten. Der normale Brennstoffvorrat eines Heißluftballons reicht aber gerade mal für eine Fahrt von cirka zwei Stunden. Auch mit einem Gasballon hätte sich die Umfahrung der Erde zu schwierig gestaltet. Dieser wird zwar schon durch das Gas in der Luft gehalten, doch das Steigen und Sinken ist mit ihm zu schwerfällig. 2

Ihren Weltrekord verdankten Piccard und Jones also unter anderem der Erfindung von Pilâtre de Rozier, der Rozière. Hinzu kamen die Vorteile, die sie durch die inzwischen so ausgereifte Technik des Ballons und im Ballon (Druckkapsel, Funkgeräte usw.), die inzwischen relativ genauen Wettervorhersagen und besonders das Wissen, dass sie über den Jetstream hatten. Der Jetstream ist ein etwa 200 km breiter Wind, der sich in einer Höhe von cirka 10 000 Metern mit einer Geschwindigkeit von bis zu 500 km/h um die Erde schlängelt. ³ Ohne das Wissen über ihn und die Nutzung von ihm wäre eine Umfahrung der Welt, besonders eine derart zügige, in weniger als zwanzig Tagen, überhaupt nicht möglich gewesen.

² vgl.: Gebauer, Thomas. (2001). Verschiedene Ballontypen. (http://www.ballonfahrer- online.de/bo_ballontypen.html)

³ vgl. : Der Jetstream. Was ist der Jetstream? (http://th04acc0162.swisswebaward.ch/?seite=wissenschaft)

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2.2 Auftrieb des Heißluftballon

Luft übt auf jeden Körper Druck aus. Da die Dichte der Luft mit zunehmender Höhe abnimmt, ist der Druck, den sie von unten auf einen Körper ausübt, höher als ihr Druck von oben. Die Auftriebskraft eines Körpers entsteht durch die Differenz des Drucks von unten (mal der Fläche, auf die Druck ausgeübt wird) und des Drucks von oben (mal der Fläche, auf die Druck ausgeübt wird). Da die Auftriebskraft eines Körpers immer gleich der von ihm verdrängten Luftmenge ist, ist der Auftrieb größer, um so umfangreicher ein Gegenstand ist.

Die aus der Erdanziehung resultierende Gewichtskraft des Körpers ist das, was ihn dennoch am Boden hält. Möchte man nun, dass ein

Abb.2: Auftrieb ⁴ ihrer Ausdehnung keinen Platz mehr in ihm

hat, nach draußen. Durch diesen Luftverlust wird der Ballon leichter und im idealen Fall ist nun die Auftriebskraft größer als seine Gewichtskraft. Dadurch steigt der Ballon. Da Luft mit zunehmender Höhe eine immer geringere Dichte hat und somit der Druck, den sie von oben auf die Ballonhülle ausüben kann, mit zunehmender Höhe immer geringer wird, ist es für den Auftrieb eines Heißluftballons von Vorteil, wenn er relativ hoch ist. 5

⁴ http://www.johanneum.de/index.php?group=25&fetch=117

⁵ vgl.: http://www.johanneum.de/index.php?group=25&fetch=117

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3. Der Unterricht

Ich möchte Ihnen hiermit auf ihre Anfrage bezüglich der Gestaltung einer Unterrichtseinheit zum Thema „Die Erdumkreisung in einem Ballon“ einige Anregungen geben.

Als erstes möchte ich darauf hinweisen, dass es von Vorteil wäre, den Unterricht zu einer möglichst kalten Zeit im Jahr durchzuführen, da dann die Erhitzung (im Vergleich zur Raum- bzw. Außentemperatur) der Versuchsgegenstände um vieles vereinfacht wird.

Unterrichtseinstieg:

Als Unterrichtseinstieg empfehle ich, sofort mit einem Experiment zu beginnen, da Grundschüler zumeist begeistert bei Experimenten mitmachen und so ihr Interesse für das kommende Thema geweckt wird.

Versuch 1: Der Geist in der Flasche

Durchführung:

Der Gasbrenner wird unter das Gestell und die Flasche darauf gestellt. Über den Flaschenhals wird der Ballon gezogen. Der Lehrer entfacht nun den Gasbrenner und erhitzt die Flasche.

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Beobachtung:

Der Ballon bläst sich während der Erhitzung der Flasche auf.

Aufgabenstellung:

Wahrscheinliches Schülerergebnis:

Die Luft wird warm, steigt deshalb nach oben und füllt so den Ballon.

Dieses Experiment kann aber auch durch das folgende ersetzt bzw. ergänzt werden, welches den Vorteil hat, dass die Schüler es selbst durchführen können. Dies wirkt sich insofern positiv aus, da beim eigenen Experimentieren leichter die Zusammenhänge erkannt werden können. Zudem ist der Lerneffekt beim eigenen Erproben größer, denn „Kinder behalten am besten, was sie selbst ausprobieren können.“ 6

Versuch 2: Der Geist in der Flasche 2 7

Man benötigt (pro Tischgruppe):

Eine kalte, leere Flasche (welche möglichst eine Nacht im Kühlschrank stand) und eine Münze.

⁶ Mogge-Stubbe, Birgitta (2005). Sachkunde. Frühe Übung macht den Meister. 03.02.2005. (http://www.merkur.de/aktuell/mp/mp_050503.html)

⁷ vgl.: Warme Luft - Die Münze auf der Flasche. (http://www.3sat.de/nano/titel/luftikus.pdf.)

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