Bahnwerk im Unterricht — Handreichung für Lehrkräfte

Kennung: BAHN-0001 · Fassung: v1.0 · Stand: 2026-09-23 · CC BY-NC-SA 4.0

Diese Handreichung beschreibt, wie die sechs Bahnwerk-Module im Physikunterricht eingesetzt werden. Alle Werkzeuge laufen im Browser, ohne Installation, ohne Anmeldung, ohne Datenübertragung. Nach dem ersten Laden funktionieren sie offline.

1. Was die Werkzeuge leisten

Modul	Inhalt	Ab Schulstufe
01 Grundwerk	Aufbau, Antrieb, Flugbahn, Stabilität	Sek I
02 Tiefenwerk	Bewegung im Raum, Motorauslegung	Sek II
03 Leitstand	Streuung, Einflussgrößen, Optimierung	Sek II / Hochschule
04 Strömungswerk	Luftwiderstand, Strömungsbild	Sek II
05 Strukturwerk	Belastung, Schwingung, Festigkeit	Sek II
06 Bergungswerk	Fallschirm, Sinkgeschwindigkeit, Abdrift	Sek I (Grundlagen), Sek II

2. Stufenschalter

Links oben in jedem Modul stehen drei Stufen. Die Wahl bleibt im Browser gespeichert.

• Stufe 1 Einstieg — wenige Größen, Erklärtext eingeblendet. Für Sek I und den ersten Zugang.
• Stufe 2 Fortgeschritten — vollständige Geometrie, Motorwahl, Wind. Für Sek II und Projektarbeit.
• Stufe 3 Fach — alle Parameter, Erklärungen ausgeblendet. Für Vertiefung, Wettbewerbe, Hochschule.

Der Aufbau folgt dem Befund, dass Hilfestellungen, die Anfängern nützen, für Fortgeschrittene überflüssig werden und dann den Lernerfolg mindern (Expertise-Reversal-Effekt, Kalyuga, Ayres, Chandler, Sweller 2003, Educational Psychologist 38(1), 23–31).

3. Anknüpfung an den Lehrplan

Sekundarstufe I (Österreich, Lehrplan 2023): - Kräfte und ihre Wirkung — Schub, Gewichtskraft, Luftwiderstand am Flugbahnbild ablesen - Bewegung — Weg-Zeit- und Geschwindigkeit-Zeit-Diagramm aus der Simulation - Energie — Umwandlung chemisch → kinetisch → potentiell über den Flugverlauf - Messen und Auswerten — Simulation gegen gemessene Steighöhe prüfen

Sekundarstufe II (AHS/BHS Oberstufe, KMK-Standards DE): - Newtonsche Axiome, Impulserhaltung, Rückstoßprinzip (Raketengleichung) - Luftwiderstand als geschwindigkeitsabhängige Kraft, Widerstandsbeiwert - Drehmoment und Stabilität (Druckpunkt, Schwerpunkt, Stabilitätsmaß in Kaliber) - Messunsicherheit und Streuung (Monte-Carlo-Ansicht im Leitstand)

4. Vier ausgearbeitete Unterrichtseinheiten

UE 1 — Was macht eine Rakete stabil? (Sek I, 2 Einheiten)

Modul 01, Stufe 1. Die Klasse verschiebt Finnengröße und Schwerpunkt und beobachtet, wann die Rakete kippt. Begriffe Druckpunkt und Schwerpunkt werden am Bild erarbeitet, nicht vorab definiert. Ergebnis: Regel „Druckpunkt hinter Schwerpunkt, Abstand etwa ein Rumpfdurchmesser".

UE 2 — Warum fliegt sie nicht doppelt so hoch? (Sek II, 2 Einheiten)

Modul 01, Stufe 2. Der Gesamtimpuls wird verdoppelt, die Gipfelhöhe steigt weniger als das Doppelte. Ursache ist der quadratisch wachsende Luftwiderstand. Ergebnis: Luftwiderstand als v²-Term, Diskussion der Raketengleichung.

UE 3 — Wie sicher landet sie? (Sek I/II, 2 Einheiten)

Modul 06, Stufe 1 bis 2. Fallschirmgröße gegen Sinkgeschwindigkeit, dann Wind und Abdrift. Anschließend die Frage, wie groß ein Landefeld sein muss. Ergebnis: Kräftegleichgewicht beim stationären Sinken, Abschätzung mit Sicherheitsabstand.

UE 4 — Wie genau ist unsere Rechnung? (Sek II, 3 Einheiten)

Modul 03, Stufe 3. Die Klasse streut Masse, Schub und Widerstandsbeiwert und liest Mittelwert und Streubreite ab. Danach Vergleich mit einer real geflogenen Rakete. Ergebnis: Verständnis für Messunsicherheit, Perzentile, systematische gegen zufällige Abweichung.

5. Vom Bildschirm zum Flug

Drei Stufen, rechtlich klar getrennt:

1. Wasserrakete — keine pyrotechnischen Vorschriften, für Sek I geeignet, Bauteile 3D-druckbar. Empfohlener Einstieg.
2. Druckluftrakete — ebenfalls ohne pyrotechnische Auflagen, höhere Wiederholrate.
3. Modellrakete mit Treibsatz — siehe Abschnitt 6. Nur mit volljähriger Aufsicht.

6. Rechtlicher Rahmen (Österreich)

Zwei Regelwerke greifen gleichzeitig:

Luftfahrt — §128 Luftfahrtgesetz und §18 Luftverkehrsregeln: Der Start ist genehmigungsfrei nur unterhalb 150 m über Grund und bei einer Treibsatzmasse bis 50 g. Darüber ist eine kostenpflichtige Bewilligung der Austro Control nötig, standortabhängig (Flughafennähe, Kontrollzonen).

Pyrotechnik — Pyrotechnikgesetz 2010: Modellraketenmotoren fallen in der Regel unter die Kategorie P1. Erwerb und Zündung erst ab 18 Jahren. Schülerinnen und Schüler dürfen die Rakete bauen, das Zünden übernimmt die Lehrkraft. Nur Motoren mit CE-Kennzeichnung und Registriernummer verwenden.

Für den Unterricht folgt daraus: Wasser- und Druckluftraketen sind der unkomplizierte Weg. Treibsatzmotoren erfordern Vorbereitung, Geländeprüfung und die volljährige Aufsichtsperson als Erwerber und Zünder.

Deutschland: Motoren brauchen eine BAM-Zulassung; bis 150 g Treibladung frei verkäuflich ab 18 Jahren, darüber Erlaubnis nach §27 Sprengstoffgesetz. Eine Aufstiegsgenehmigung der Luftfahrtbehörde ist ab 20 g Treibsatz erforderlich.

7. Datenschutz

Sämtliche Berechnungen laufen im Browser des Endgeräts. Es werden keine Daten an einen Server übertragen, keine Cookies gesetzt, keine Zugriffe protokolliert. Eine Auftragsverarbeitungsvereinbarung ist deshalb nicht erforderlich. Die einzige lokale Speicherung ist die gewählte Stufe im Browserspeicher des Geräts.

8. Barrierefreiheit

Die Werkzeuge sind auf WCAG 2.1 Stufe AA ausgelegt: Tastaturbedienbarkeit, Textalternativen für alle Diagramme, ausreichende Kontraste. Rückmeldungen zu verbliebenen Hürden sind willkommen.

9. Grenzen der Simulation

Simulationsergebnisse sind Näherungen. Die größte Unsicherheit steckt im Widerstandsbeiwert, gefolgt von der Streuung realer Motoren und dem Wind. Abweichungen von zehn Prozent und mehr gegenüber dem tatsächlichen Flug sind normal. Genau das ist unterrichtlich wertvoll: Der Vergleich zwischen Rechnung und Messung ist der Kern von UE 4.

Die Werkzeuge ersetzen keine Sicherheitsunterweisung und keine behördliche Genehmigung.