Wie funktioniert eine Rakete Feuerwerk?

Der Höhenflug der kleinen Rakete: Physik im Feuerwerk

Feuerwerksraketen, diese kleinen Botschafter des Lichts und des Lärms, faszinieren Groß und Klein. Doch hinter ihrem spektakulären Aufstieg verbirgt sich ein einfaches, aber geniales physikalisches Prinzip: Aktion und Reaktion. Im Kern des Ganzen steht der kontrollierte Abbrand von Schwarzpulver, genauer gesagt einer speziell formulierten pyrotechnischen Mischung.

Im Inneren der Rakete befindet sich eine zylindrische Ladung dieses Pulvers. Diese ist nicht einfach nur lose gefüllt, sondern oft in eine Art Kartusche gepresst oder durch eine spezielle Formgebung in ihrer Verbrennungsgeschwindigkeit beeinflusst. Die genaue Zusammensetzung des Pulvers bestimmt dabei die Brenndauer, die Intensität des Abbrands und somit die Flugbahn der Rakete. Es existieren unzählige Variationen, die fein aufeinander abgestimmt sind, um ein bestimmtes Flugbild zu erzeugen.

Die Zündung des Pulvers – meist durch eine schnell abbrennende Zündschnur aus Schwarzpulver – initiiert die Kettenreaktion. Das Schwarzpulver verbrennt und erzeugt in der begrenzten Röhre einen enorm hohen Gasdruck. Dieser Druck übt auf alle Oberflächen innerhalb der Röhre eine Kraft aus. Die nach unten gerichtete Kraft des expandierenden Gases wird vom Boden der Raketenröhre absorbiert. Da diese Kraft jedoch keine Gegenkraft findet, wirkt die gleiche Kraft in entgegengesetzter Richtung auf den Raketenkörper selbst. Dies ist das Newtonsche Prinzip von Aktion und Reaktion: Die Expansion des Gases (Aktion) erzeugt die entgegengesetzte Kraft, den Aufstieg der Rakete (Reaktion).

Die Geschwindigkeit des Aufstiegs hängt von mehreren Faktoren ab: der Menge und der Zusammensetzung des Schwarzpulvers, der Größe und Form der Raketenröhre sowie dem Luftwiderstand. Eine größere Pulvermenge und eine engere Röhre erzeugen einen höheren Druck und damit eine schnellere Beschleunigung. Der Luftwiderstand hingegen wirkt der Bewegung entgegen und bremst die Rakete. Die präzise Abstimmung all dieser Parameter ist entscheidend für eine erfolgreiche und spektakuläre Flugbahn.

Die Steuerung der Flugbahn ist nicht einfach eine Frage des Gasdrucks. Oftmals werden zusätzliche Elemente wie Leitbleche oder Stabilisatoren integriert. Diese sorgen für die nötige Stabilität und verhindern ein unkontrolliertes Drehen oder Kippen der Rakete während des Fluges. Sie lenken den Gasstrom und ermöglichen ein präziseres Steigen. Erst dieses Zusammenspiel aus kontrollierter Verbrennung, optimierter Raketenkonstruktion und der richtigen Zusammensetzung des Treibstoffs ermöglicht den beeindruckenden Flug der Feuerwerksrakete – ein faszinierendes Beispiel für die praktische Anwendung physikalischer Prinzipien.