Projektarbeit: Bau eines Katapults – Mechanik und Energie hautnah erleben

Willkommen bei einem neuen Projekt auf Schule-Projekte.de! Heute dreht sich alles um das Katapult. Dieses Projekt ist ein Klassiker im Physik- und Technikunterricht, da es auf einfache Weise zeigt, wie man Energie speichert und mechanische Hebel nutzt, um Objekte über weite Distanzen zu befördern. Getreu unserem Motto „Learning by Doing“ werdet ihr in diesem Projekt zum Ingenieur und Forscher zugleich.

Rahmenbedingungen und Material

Für dieses Projekt habt ihr in eurer Kleingruppe (2-4 Personen) insgesamt 3 bis 6 Schulstunden Zeit. Das Ziel ist es, ein funktionstüchtiges Katapult aus haushaltsüblichen Materialien zu bauen. Ihr benötigt dafür etwa 10 bis 15 breite Holz-Eisstiele (Popsicle Sticks), mehrere starke Gummibänder, einen PET-Flaschendeckel als Wurfkörbchen sowie Heißkleber. Sollten zusätzliche Materialien wie kleine Schrauben oder spezielle Federn nötig sein, achtet darauf, dass die Kosten pro Gruppe 5 € nicht überschreiten. Die Schule stellt euch Werkzeuge wie Cutter-Messer, Heißklebepistolen und Lineale zur Verfügung. Wichtig: Die praktische Arbeit darf nur durchgeführt werden, wenn eine Lehrkraft im Raum ist.

Phase 1: Die Theorie – Warum fliegt das Geschoss?

Bevor ihr mit dem Bau beginnt, müsst ihr die physikalischen Grundlagen verstehen. Ein Katapult basiert auf zwei Kernprinzipien: der Energieumwandlung und dem Hebelgesetz. Wenn ihr das Gummiband spannt oder den Wurfarm nach unten drückt, speichert ihr potenzielle Energie (Spannenergie). Beim Loslassen wird diese schlagartig in kinetische Energie (Bewegungsenergie) umgewandelt. Mathematisch lässt sich das Wirken der Kräfte über das Hebelgesetz beschreiben.

Hierbei ist F die Kraft und l der Hebelarm (der Abstand vom Drehpunkt). Überlegt euch in dieser Phase genau, wie lang euer Wurfarm sein muss, um eine maximale Weite zu erzielen. Recherchiert auf YouTube unter dem Suchbegriff „DIY Popsicle Stick Catapult“ oder „Physik Katapult Hebelgesetz“, um verschiedene Bauformen zu vergleichen und eure Materialliste final zu planen. Notiert eure Erkenntnisse in einer kurzen Skizze.

Phase 2: Die Praxis – Konstruktion und Optimierung

Jetzt geht es an die Umsetzung. Ein bewährtes Design ist das Stapel-Katapult: Hierbei bildet ein dicker Stapel aus etwa 8-10 Eisstielen das Widerlager (die Basis). Zwei weitere Stiele werden an einem Ende fest mit einem Gummiband verbunden und wie ein V gespreizt. Schiebt nun den Stapel zwischen die beiden Stiele. Je näher ihr den Stapel an den Verbindungspunkt schiebt, desto größer wird die Spannung. Klebt anschließend den Flaschendeckel mit Heißkleber auf das Ende des oberen Wurfarms. In dieser Phase steht die Funktionalität im Vordergrund. Testet euer Katapult mehrfach: Fliegt das Geschoss zu steil? Ist die Basis stabil genug? Nutzt die Werkzeuge der Schule, um Verstärkungen aus Pappe oder Holz anzubringen, bis euer Katapult zuverlässig und präzise schießt.

Phase 3: Die Präsentation – Wissen teilen

Zum Abschluss präsentiert ihr euer Ergebnis in einem 5- bis 10-minütigen Vortrag vor der Klasse. Erklärt dabei kurz und knackig: Welches physikalische Prinzip nutzt euer Katapult? Wie habt ihr das Problem der Energieumwandlung gelöst? Zeigt euren Mitschülern die wichtigste theoretische Grundlage und führt danach eine Praxisdemonstration durch. Versucht zum Beispiel, ein Ziel in 3 Metern Entfernung zu treffen. Reflektiert am Ende kurz, welche Herausforderungen ihr beim Bau hattet und wie ihr sie im Team gelöst habt.

Viel Erfolg beim Konstruieren und Experimentieren – Spaß und Erfolg sind bei diesem Projekt garantiert!