A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z 9 Ω
Das Banner der Rhetos-Website: zwei griechische Denker betrachten ein physikalisches Universum um sie herum.

Streichholzrakete

Physikalisch

© 2025




Definition


Es gibt eine Fülle von Anleitungen zum Bau einfachster Raketen aus einem Streichholz und ein wenig Alufolie. Hier wird eine Entwicklungsreihe einer solchen Streichholzrakete aus Sicht der Physik ihrer Flueigenschaften betrachtet.



Bildbeschreibung und Urheberrecht
Eine Streichholzrakete vom Typ SSR-1 direkt nach dem Start. Dieser Raketentyp erreicht Geschwindigkeiten von über 14 m/s. Der Brennstoff bestand aus der abgelösten Zündmasse von drei Streichhölzern. Die Startmasse lag bei etwa 0,3 Gramm. Die Funken, die Hand und die fliegende Rakete stammen aus einer echten Photographie. Der Hintergrund wurde mit einer KI erstellt: Mit Raketen drangen die Menschen im zwanzigsten Jahrhundert erstmals bis in den Weltraum vor. © ☛


Videos




Fehlzündungen bei denen der Treibstoff wirkungslos verpuffte oder waren in der Frühzeit der Entwicklung sehr häufig. Von zehn gebauten Raketen endeten oft acht auf eine solch betrübliche Weise.



Was man unter einem instabilen Flug verstehen zeigt das Video. Schon nach etwa einem Meter Flugstrecke sackt das Heck der Rakete ab. Danach folgt ein Salto rückwärts und ein steiler Sinkflug oder Fall nach unten. Solch instabile Fluglagen waren typisch für die SSR-1 und SSR-2.



Eine typische Streichholzrakete mit dem Brennstoff von drei Streichhölzern. Man sieht die ersten zwei Dreißigstel Sekunden des Fluges, also in etwa die ersten 0,07 Sekunden. Beachtlich ist der Feuerschweif.



Der aktuell beste Entwicklungsstand: Raketen dieser Bauart erreichten in ersten Versuchen mit dem Brennstoff von nur einem Streichholz Flugweiten von 12 Metern! Die Abschussgeschwindigkeit liegt bei rund 28 m/s. Es gibt kaum bis keine Fehlzündungen mehr. Die Fluglage ist jetzt stabil.

Typen


SSR-3


Die "Standard-Streichholz-Rakete-3" ist der aktuellste Stand der Entwicklung. Es werden zuverlässig Flugweiten von über 10 Metern und Geschwindigkeiten von über 100 km/h erreicht. Es gibt so gut wie keine Fehlzündungen mehr. Die wesentliche Neuerung war der Ballast in Nasenbereich der Rakete. Ein Mangel ist die noch viel zu lange Zünddauer von oft über 40 Sekunden. Mehr unter Streichholzrakete (SSR-3) ↗

SSR-2


Eine einigermaßen zuverlässige Zündung und Flugweiten von im Schnitt 4 bis 5 Metern zeichneten diesen Entwicklungsstand aus. Die wesentliche Neuerung gegenüber dem Vorgängermodell war die speziell gefaltete Brennkammer, die den Treibstoff kontrolliert auf engem Raum zusammen halten konnte. Damit nahm die Anzahl der Fehlzündungen deutlich ab. Ein große Mangel war die sehr instabile Fluglage. Siehe mehr zu diesem Typen unter Streichholzrakete (SSR-2) ↗

SSR-1


Sehr viele Fehlzündungen, gelegentliche "Sensationsflüge" und eine sehr instabile Fluglage waren Merkmale dieses Entwicklungsstandes. Er basierte auf einer Anleitung aus dem Internet. Unter den ersten 20 Versuchen waren nur zwei geglückte Starts. Siehe mehr unter Streichholzrakete (SSR-1) ↗

Anforderungen


Waffenrecht


Das Waffenrecht kennt den Begriff der Spielzeugwaffe. Unter diese Kategorie fallen Waffen, deren Geschossenergie 0,5 Joule nicht überschreitet.[23] Erfolgreiche Flüge des Raketentyps SSR-3 mit einer Startgeschwindigkeit von etwa 28 m/s und einer Startmasse von 0,73 liegen mit etwa 0,3 Joule Geschossenergie in der Größenordnung des Grenzwertes. Bleibt man unterhalb des Grenzwertes, liegt man zumindest von der Geschossenergie her im Bereich von Spielzeugwaffen, mit denen auch jüngere Kinder umgehen dürfen. Nicht berücksichtigt ist dabei die (zum Teil starke) Wirkung schnell und heiß austretender Verbrennungsgase. Mehr zu diesem Thema steht im Artikel zur Geschossenergie ↗

Sprengstoffgesetz


Streichhölzer

Das deutsche Sprengstoffgesetz nimmt die an Streichhölzern verarbeiteten Stoffe ausdrücklich von seinem Geltungsbereich aus.[24] Inwiefern eine solche Ausnahme aber auch auf größere Mengen dieser Mittel oder auf eine eine neuen Zweckbestimmung - wie bei Streichholzraketen - zutrifft, bleibt unklar. Die Zündmasse von einem der typischerweise verwendeten Streichhölzer liegt bei rund 0,02 oder zwei Hundertstel Gramm.[18]

20-g-Grenze

Eine Grenze interessante Grenze stellen 20 g netto Explosivstoff dar. Dieser Wert liegt weit jenseits der Mengen, die bei den hier verwendeten Streichholzraketen verwendet werden (nämlich etwa nur 0,02 bis 0,06 Gramm)[18]. Auch ist fraglich, ob die Zündstoffe der Streichhölzer als Explosivstoff gelten. Doch falls es Explosivstoffe wären gilt ab einer Menge von 20 g netto: "Folgende pyrotechnische Gegenstände der Kategorie F2 dürfen nur an Erlaubnisinhaber nach § 7 Absatz 1 oder § 27 Absatz 1 oder Befähigungsscheininhaber nach § 20 Absatz 1 Satz 1 des Sprengstoffgesetzes vertrieben und überlassen oder von diesen verwendet werden: […] Raketen mit mehr als 20 g Netto-Explosivstoffmasse". Und der Umgang mit Stoffen der Kategorie F2 ist nur Personen ab einem Alter von 18 Jahren erlaubt. In: Erste Verordnung zum Sprengstoffgesetz (1. SprengV). § 20.[25]

Sicherheit


Die Rakete gilt als sicher, wenn weder beim Bau oder beim Zünden oder im Flug eine Gefahr für Menschen, Tiere oder andere Dinge ausgeht. Streichholzraketen werden in Büchern und im Internet in vielen verschiedenen Weisen beschrieben. Besondere Gefahren werden dabei meist nicht erwähnt.[28] Man kann davon ausgehen, dass sich das Experiment über die Jahrzehnte als sicher bewährt hat.

Gefahren

  • Bei der Zündung treten sehr schnell sehr heiße Gase mit Verletzungspotential aus.
  • Sprühende Funken können Dinge in Brand setzen, etwa bei Trockenheit.
  • Die fliegende Rakete ist schnell, sie kann bei einem Aufprall verletzen.
  • Die gelandete Rakete ist noch heiß, Brandgefahr.
  • Der laute Knall kann Menschen erschrecken.

Maßnahmen

  • Nur geringe Mengen Brennstoff verwenden, etwa nur einen Zündkopf von einem Streichholz ↗
  • Betrieb nur im Freien und nie in der Nähe entzündbarer Dinge
  • Beim Zünden verwenden von Handschuhen

Zuverlässigkeit


Unter Zuverlässigkeit wird hier nicht das Erreichen möglichst beeindruckender Flugweiten, Flughöhen oder Geschwindigkeiten verstanden. Unter Zuverlässigkeit im Sinne von Präzision ist hier gemeint, dass die Rakete ein möglichst gut vorhersagbares Verhalten hat. Im Idealfall sollte es niemals eine Fehlzündung geben und die Rakete bei gleichem Bedingungen immer in etwa dieselbe Flughöhe, Flugweite, Geschwindigkeit erreichen. Auch die Zeit für die Zündung sollte unter gleichen Bedingungen möglichst immer gleich sein.

Schnelle Zündung


Bei ersten Versuchen im Freien wurde die Rakete mit einem kleinen Feuerzeug (BIC) oder mit einem Teelicht oder sogar mit mehreren nacheinander angezündeten Streichhölzern gezündet. Die Dauer bevor die Rakete dann zündete lag oft in der Nähe von 8 bis 10 Sekunden, erreichte aber manchmal auch über 26 Sekunden. Einen sehr großen Einfluss hat schon schwacher Wind: je stärker der Wind, desto (sehr viel) länger dauert es bis zur Zündung.

Stabiler Flug


Als stabiler Flug ist hier gemeint, dass die Längsachse der Rakete immer auch parallel zur momentanen Flugrichtung ist und dass die Nase der Rakete in Flugrichtung vorne links. Um die Flugstabilität möglichst hoch zu halten, sollte der Schwerpunkt der Rakete möglichst nahe bei der Nase liegen. Auch Flossen am Heck können die Stabilität erhöhen.[26]

Nicht stabil wäre etwa ein Absacken des Hecks nach unten, Schlinger-, Torkel- oder Taumelbewegungen bis hin zu einem kompletten Salto rückwärts. Im Idealfall fliegt die Rakete mehr oder minder auf einer Parabelbahn.

Mindestflugweite


Für sinnvolle physikalische Auswertungen, etwa auch mit Filmaufnahmen in Zeitlupe, sind Mindestflugweiten von 2 Metern sinnvoll. Damit erreicht man ausreichend lange Flugdauern, um auf Filmaufnahmen einzelne Phasen des Fluges in ausreichender zeitlicher Auflösung betrachten zu können.

Fehlstarts


Von einem Fehlstart kann man sprechen, wenn die Rakete zwar zunächst von der Startrampe abhob, aber dann sehr schnell entweder explodierte, abbrannte oder abstürzte. Bei keiner der Raketen vom Typ SSR-1, SSR-2 oder SSR-3 sind solche Fehlstarts vorgekommen.

Fehlzündungen


Von einer Fehlzündung kann man sprechen, wenn die Brennstoff entweder gar nicht zündet oder aber so zündet, dass die Rakete gar nicht erst abhebt. Solche Fehlzündungen waren am Anfang der Entwicklung sehr häufig. Von den ersten 20 Versuchen mit der Rakete vom Typ SSR-1 scheiterten 18 Versuche an einer Fehlzündung. Man kann dabe zwei verschiedene Varianten unterscheiden.



Man sieht hier zwei der anfänglich sehr häufigen Arten von Fehlzündungen, wahrscheinlich Verpuffungen. Erst eine bauliche Änderungen und das Abreiben des Brennstoffs von den Streichholzköpfen brachte eine deutliche Verbesserung.

Durchbrand


Der Brennstoff hat gezündet und ist dann sofort mit hoher Geschwindigkeit seitwärts oder an der Spitze der Rakete ausgetreten. Eine anschließende Analyse des Raketenkörpers durch entwickeln der Aluhülle zeigte dann so gut wie immer ein durch mehrere Lagen gehendes Loch. Abhilfe brachte eine drastische Erhöhung der Anzahl der Wicklungen. Diese sollten auch möglichst eng aneinander liegen.

Verpuffung


Als Verpuffung oder Deflagration bezeichnet man einen schnellen Verbrennungsvorgang aber unterhalb der Geschwindigkeit einer Explosion. Verpuffungen waren bei den Typen SSR-1 und SSR-2 sehr häufig. Dabei traten die Verbrennungsgase zwar korrekt an der Düse aus, aber ihre Geschwindigkeit war so niedrig, dass die Rakete nicht abhob. Eine Verpuffung deutete sich oft im Voraus dadurch an, dass während der Erhitzung der Rakete mit dem Feuerzeug von außen schwach sichtbar Schwaden an Rauch am Raketenkörper austraten, etwa an der Spitze, entlang der Wicklung oder auch im Bereich der Düsen.

Neben einer engen und dicken Umwicklung der Brennkammer spielt hier möglicherweise auch die Dichtigkeit und Festigkeit des Raketenkörpers um die Startrampe (Holzspieß) eine Rolle. Dieser Aspekt ist noch nicht näher untersucht.

Vergasung


Dieser Fall trat selten auf, ist aber dennoch bemerkenswert: nach mehreren Zehnersekunden Erhitzung des Raketenkörpers mit einem Feuerzeug steht plötzlich der gesamt Raketenkörper in hellgelben Flammen. Dieser Vorgang erinnert an das Zünden von Holz auf einem Glutbett in einem Kaminofen: die Hitze treibt flüchtige Bestandteile im Brennstoff in Form von brennbaren Gasen aus. Durch den entstehenden Innendruck gelangen diese Gase auch bei guter Wicklung an die Außenseite des Raketenkörpers wo sie dann mit dem Luftsauerstoff zünden. Dies ist eine Vermutung, keine sichere Beobachtung.

Flugphysik


Bei einem erfolgreichen Flug, idealerweise mit Flughöhen von über zwei Metern und Flugzweiten von über vier Metern, kann man einige Formeln der Physik verwenden, um die Flugdaten abzuschätzen. Die dazu verwendeten Formel stammen aus dem Gebiet der Ballistik beziehungsweise rund um die Gleichungen zu Bewegungen.[10]

Startmasse


Die Masse einer fertig montierten Rakete ohne den hölzernen Spieß wurde auf einer elektronischen Waage zu 0,3 bis wenig darüber gemessen. Das abgelöste Zündmaterial von drei Streichhölzern lag unterhalb des Messbarkeit der verwendeten Waage. Die Startmasse kommt zum große Teil von den rund 90 cm² Alufolie mit einer Dicke von 10 µm.[8] Die Dichte von Aluminium liegt bei rund 2,7 g/cm³. Damit kann man die Startmasse in Gramm angegeben abschätzen:


🖩

90 cm² mal 0,001 cm mal 2,7 g/cm³ = 0,243 g ✓


Die Grundidee bei der Berechnung war es, die Masse Aluminium pro Kubikzentimeter mit der Anzahl von insgesamt verbauten Kubikzentimetern (cm³) zu multiplizieren. Insgesamt wurden nur 0,09 cm³ Aluminium verbaut. Man hat also 0,0 mal die 2,7 Gramm Masse, die auf jeden Kubikzentimeter Aluminium kommen. Interessant bei der Berechnung ist die Umwandlung von einer Längenangabe in Mikrometern (10) in die Längenangabe in Millimeter (0,001).[11]

Mit dieser Rechnung kommt man in die Größenordnung der gemessenen Startmasse von 0,3 Gramm. Die fehlenden rund 0,06 Gramm oder 6 Hunderstel Gramm stammen dann sehr wahrscheinlich von dem Zündmaterial.

Antrieb


Die Beschleunigung infolge der Gasexpansion dauert höchstens so lange, wie die Verbrennungsgase sich im geschlossenen Raum des Raketeninneren ausdehnen können. Hat die Rakete einmal die Startrampe (Holzspieß) ganz verlassen, ist die Beschleunigung durch Gasexpansion abgeschlossen. Ob es nach dem Lift-off der Rakete noch eine weitere Beschleunigung durch Rückstoß der Verbrennungsgase gibt, ist unklar. Mögliche Feuerschweife bei fliegenden Raketen auch noch Meter nach dem Lift-off deuten darauf hin. Hier aber soll zunächst angenommen werden, dass die Beschleunigung alleine durch die Expansion der Gase im geschlossenen Raum des Inneren der Rakete bewirkt wird.

Luftiwderstand


Die hier gemachten Überlegungen vernachlässigen den Einfluss des Luftwiderstandes. Der Luftwiderstand wächst sehr schnell an, wenn ein Gegenstand schneller wird. Die Geschwindigkeiten der Streichholzrakete sind eher niedrig. Mit Hilfe eine Videoauswertung (Zeitlupe, 200 fps) kann man überprüfen, wie gut die hier zunächst grob abgeschätzten Werte auf die wirklich erreichten Geschwindigkeiten passen.

Geschwindigkeit


34 m/s oder mehr: für Streichholzraketen vom Typ SSR-3: als Start- oder Abschussgeschwindigkeit bezeichnet man die Geschwindigkeit am Ende der Beschleunigung. Luftgewehre kommen auf etwa 90 bis fast 400 m/s.[15] Nach der Zündung wird die Rakete beschleunigt.

Über die Flugweite


Raketen vom Typ SSR-2 und SSR-3 erreichten bei horizontalen Abschüssen mit einem Abschusswinkel von 0° Flugweiten von bis zu 6 Metern. Die Abschusshöhe lag dabei bei 6 Metern über dem Boden. Betrachtet man die ballistische Kurve der Rakete (die Flugbahn) als Ergebnis einer zusammengesetzen Bewegung mit einer Komponente in horizontaler und einer Komponente in vertikaler Richtung[27], kann man daraus die durchschnittliche Geschwindigkeit des Fluges für die 6 Meter horizontale Strecke abschätzen. Dabei wird wieder der Einfluss der Luftreibung vernachlässigt.

  • Vertikal: freier Fall aus 0,9 m Höhe
  • Horizontal: konstante Geschwindigkeit

Für die vertikale Fallbewegung gilt die Formel s=½at². Mit dieser Formel kann die insgesamt gefallene Strecke s nach einer Falldauer von t Sekunden unter dem Einfluss der Erdfallbeschleunigung a von etwa 10 m/s² berechnet werden. Stellt man die Formel nach t um, erhält man die Falldauer für die Strecke s:

  • s = ½at² | umstellen nach t
  • t = √(2s/a) | Einsetzen der Zahlenwerte
  • t = √(2·0,9/10) | Ausrechnen
  • t ≈ 0,4 s

Für die horizontale Komponente der Bewegung kann man die Formel v=s/t für die konstante Geschwindigkeit annehmen. Die Dauer der horizontalen Bewegung ist dabei gleich der Dauer der vertikalen Bewegung, hier also etwa 0,4 Sekunden. In dieser Zeit legte die Rakete bei einzelnen Versuchen mit horizontalem Abschuss Strecken von bis zu 12 Metern zurück:

  • v = s/t | Einsetzen der Zahlenwerte
  • v = 6/0,4 | Ausrechnen
  • v = 15 m/s

Dieser Wert passt recht gut zu Werten für die Geschwindigkeit wie sie über eine rechnerische Auswertung von schrägen Flügen ermittelt wurden, nämlich etwa 18 m/s für den Start, sowie auch zu den Werten aus Auswertungen von Videos, die Geschwindigkeiten für den ersten Meter Flugstrecke von rund 28 m/s ergaben.

Über die Steighöhe


Eine weitere Möglichkeit zur Abschätzung der Geschwindigkeit ist es, die Steighöhe und den Abschusswinkel gemeinsam auszuwerten. Physikalisch ist der Flug ein schiefer Wurf. Dieser kann rechnerisch in eine rein senkrechten und einen rein waagrechten Flug zerlegt werden.[12] Der rein senkrechte Flug ist physikalisch ein senkrechter Wurf nach oben.

Für einen senkrechten Wurf gilt: die Abschussgeschwindigkeit ist gleich der Geschwindigkeit, die der Körper beim Aufschlag auf den Boden hätte, wenn man ihn frei und ohne Anfangsgeschwindigkeit von der erreichten Steighöhe auf den Boden fallen lassen würde. Bei einem Flug prallte die Rakete in 4 m Höhe deutlich sichtbar an einer Regenrinne ab. Ohne Regenrinne wäre die Steighöhe mit großer Wahrscheinlichkeit in der Nähe von 5 m gewesen. Für eine Steighöhe von 5 Metern kommt man mit der folgenden Rechnung auf die senkrechte Komponente der Abschussgeschwindigkeit.


🖩

h = v²/(2g) umstellen gibt: v = √(2·g·h). Einsetzen der Zahlenwerte mit g = 10 m/s² gibt: v = √(2·10·5) oder genau 10 m/s.[13]


Kennt man die senkrechte oder vertikale Komponente der Abschussgeschwindigkeit, kann man als nächstes über die Betrachtung der Geschwindigkeiten als Vektoren[14] die Geschwindigkeit in Abschussrichtung 45° zur Horizontalen berechnen. Man kommt damit auf einen Wert von rund 14 m/s.[14]



Etwa 18 m/s: der Start einer SSR-2 wurde mit einer Bildwiederholrate von 200 fps gefilmt. In 11 Frames zu je einer Zweihunderstel Sekunde flog die Rakete dabei genau einen Meter weit. Über die Formel v=s/t kommt man mit s = 1 m und t = 11/200 s[21] auf eine durchschnittliche Geschwindigkeit von etwa 18 m/s für den ersten Meter im Flug. Das Video zeigt auch, stark die Raketen bereits nach dem ersten Meter Flugstrecke zu torkeln beginnen.

Fazit


Die Geschwindigkeit der Rakete kurz nach dem Start oder als Durchschnitt über die gesamte Flugstrecke wurde auf verschiedene Weisen bestimmt:

  • Durchschnitt nach horizontalem Abschuss: 15 m/s
  • Nach schrägem Abschuss über die Steighöhe: 18 m/s
  • Nach Abschuss aus einer Videoauswertung: 28 m/s

Dass die Geschwindigkeit nach dem Abschuss deutlich höher ist als im Durchschnitt eines längeren Fluges kann über den Einfluss des Luftwiderstand erklärt werden. Geschwindigkeiten von 10 bis 30 m/s kann man als sicher realisierbar annehmen. Das sind etwa 36 bis 108 km/h.

Startbeschleunigung


Mit der Startgeschwindigkeit von etwa 14 m/s für einen eher erfolgreichen Flug kann man jetzt die Beschleunigung der Rakete entlang der Startrampe abschätzen. Da die Rakete eine Höhe von maximal 6 cm hat und gut die Hälfte dieser Strecke auf den Raketenkopf entfällt, kann man als realistische Strecke für die Beschleunigung 3 Zentimeter annehmen. Nimmt an einen gleichmäßig beschleunigte Bewegung an, so kommen die folgenden zwei Formeln in Betracht:


Die erste Formel gibt die zurückgelegte Strecke s zu jedem beliebigen Zeitpunkt t, wenn die Beschleunigung den Wert a hat. Die zweite Formel gibt die zum Zeitpunkt t erreichte Geschwindigkeit v. Beide Formeln gehen davon aus, dass man am Anfang zum Zeitpunkt t=0 noch keine Strecke zurückgelegt hat und auch noch keine Geschwindigkeit vorhanden ist.

Die zwei Gleichungen bilden zusammen ein sogenanntes Gleichungssystem. Für Gleichungssysteme ganz allgemein gilt: nur wenn man genauso viele Gleichungen hat, wie es Unbekannte gibt, hat man eine Chance, die Unbekannten Werte eindeutig berechnen zu können. Passt das hier? Wir kennen v (14 m/s) und wir kennen s (3 cm). Damit sind t und a Unbekannt. Wir haben also zwei Unbekannte und zwei Gleichungen. Das System kann damit eindeutig bestimmt sein.

Um das Gleichungssystem zu lösen kann man zunächst eine der zwei Unbekannten (entweder a oder t) eliminieren. Die üblichen Verfahren dazu sind das Einsetzung-, das Gleichsetzungs- und das Additionsverfahren. Hier wählen wir (willkürlich) das Gleichsetzen über a:

Gegeben

  • s = ½at²
  • v = at

Umstellen nach a

  • a = 2s/t²
  • a = v/t

Gleichsetzen über a

  • 2s/t² = v/t | ·t²
  • 2s = vt | Umstellen nach t
  • t = 2s/v

Einsetzen

  • t = 2·0,03 m / (14 m/s)
  • t ≈ 0.004 s

Rückeinsetzung

  • a = v/t
  • a = 14 m/s / 0,004 s
  • a ≈ 3500 m/s²

Man kommt mit dieser Rechnung für die Dauer der Beschleunigung und für die als konstant angenommenen Beschleunigung auf folgende Werte:

  • Beschleunigungsdauer: 0,004 s
  • Beschleunigungsbetrag: 3500 m/s²

Wie realistisch erscheint eine so hohe Beschleunigung? Laut Guiness-Buch der Rekorde war die größte von einem Menschen überlebte Beschleunigung rund 1764 m/s². Die Beschleunigung im Schleudergang einer Waschmaschine soll bei 3000 m/s² liegen.[17] Damit liegt der Wert durchaus in einem Bereich, dem Menschen und technische Gebilde unterliegen und den zumindest letztere auch unbeschädigt aushalten können.

Die Beschleunigung von Raketen mit Menschen an Bord muss in der Gegend von maximal 4 bis 6 m/s² gehalten werden. Menschen würden höhere Beschleunigen auf Dauer nicht aushalten. Was Menschen tatsächlich aushalten können, und wie lange, wird von der Raumfahrtzmedizin zum Beispiel mit Zentrifugen untersucht. Siehe dazu den Artikel zur g-Kraft ↗

Flughöhe


Bei den bisherigen Versuchen wurden Steighöhen, das heißt maximale Flughöhen, von 4 m erreicht. Dabei prallte die Rakete an einer Regenrinne mit noch hoher sichtbarer Geschwindigkeit ab und fiel dann zu Boden. Damit erscheinen Steighöhen von 5 oder mehr Metern durchaus realistisch.

Formel

  • h = (v₀²·sin²θ)/(2g)

Legende


Rechenbeispiel

  • v₀ = 14 m/s
  • θ = 45°
  • h = (v₀²·sin²θ)/(2g) | Einsetzen
  • h = (14 m/s)²·sin²(45°)/(2·10 m/s²)
  • h = 196·½/(20) m
  • h ≈ 5 m

Flugweite


Als Flugweite gilt hier die horizontale Weite und zwar dann gemessen, wenn der Aufschlagort auf derselben Höhe liegt wie der Abschussort. Bisher gemessene Flugweiten lagen bei bis zu 5 Metern. Kennt man die Abschussgeschwindigkeit und den Abschusswinkel, kann man daraus die Flugweite (ohne Luftwiderstand) berechnen:

Formel

  • w = v₀²·sin(2θ)/g

Legende


Rechenbeispiel

  • v₀ = 14 m/s
  • θ = 45°
  • sw = v₀²·sin(2θ)/g | Einsetzen
  • sw = (14 m/s)²·sin(2·45°)/(10 m/s²) | Vereinfachen
  • sw = 196·1/10 m
  • sw ≈ 20 m

Die Abschussgeschwindigkeit wurde über eine angenommene Steighöhe von 5 Metern berechnet. Dabei wurde die tatsächliche Steighöhe nicht erreicht, da die Rakete vorher an einer Regenrinne abgeprallt ist. Die dazugehörige Flugweite konnte daher nicht gemessen werden. Anhang von Berichten anderer Experimentaroren erscheinen 20 m aber unrealistisch weit. Für Streichholzraketen werden meist Flugweiten von knapp über 10 Metern berichtet. Hier bleibt abzuwarten, ob solche Flugweiten bei weiteren Versuchen tatsächlich erreicht werden.

Trajektorie


Die Trajektorie, das heißt die Form der Flugbahn, die eine schief nach oben abgeschossene Streichholzrakete durchfliegt bezeichnet man als ballistische Kurve. Eine ballistische Kurve ähnelt einer Parabel mit einem vergleichsweise flachen Ast auf der Abschussseite und einem dazu steileren Ast auf der Landungsseite. Der Grund ist die Wirkung des Luftwiderstandes, der die Rakete mit zunehmender Flugdauer immer weiter abbremst.

Wird die Rakete senkrecht nach oben geschossen ergibt sich eine senkrecht stehende gerade Linie als Trajektorie. Wird die Rakete waagrecht abgeschossen weicht die Trajektorie mit zunehmender Flugdauer ebenfalls mit wachsender Steilheit von der Wurfparabel ab.

Hintergrundwissen


Antriebsprinzip


Beim Flug der Rakete stammt die Energie immer aus der Verbrennung des Brennstoffes. Doch die zwei physikalischen Prinzipien, die den Vortrieb für die Rakete bewirken können sind sehr verschieden. Man kann einen Gasdruck-[19] und einen Rückstoßantrieb[20] unterscheiden.

Gasdruckantrieb


Beim Gasdruck- oder Gasexpansionsantrieb wird ein Geschoss oder ein Kolben in einem Motor durch die Ausdehnung eines Gases bewegt. Von großer Bedeutung ist, passend zum Wert, der Druck des Gases, zum Beispiel gemessen in bar oder Pascal. Die Gasteilchen bewegen sich dabei ungeordnet in die unterschiedlichsten Richtungen. Die Geschwindigkeit der einzelnen Gasteilchen spielt keine alleinig wichtige Rolle, nur insofern als eine Erhöhung der Geschwindigkeit der Gasteilchen auch zu einem höheren Druck führt.

Für den Antrieb der Streichholzrakete spielt der Gasdruckantrieb die einzige Rolle, so lange der Raketenkörper fest die Startrampe, also den Holzspieß umschließt: die Verbrennung in der Brennkammer lässt die entstehenden Gase sich ausdehnen. Dabei wird der Raketenkörper von der Startrampe weggedrückt.

Zur Optimierung wäre es denkbar, den Querschnitt der Brennkammer und damit auch des Raketenkopfes zu vergrößern, sodass der Druck auf eine größere Fläche wirkt und gemäß der Formel Kraft gleich Druck mal Fläche auch mehr Schubkraft entwickelt.

Rückstoßantrieb


Beim Rückstoßantrieb, basierend auf dem dritten Newtonschen Axion von actio und reactio, wirft die Rakete sozusagen Gasteilchen nach hinten von sich weg, wobei sie dann einen Impuls nach vorne erhält. Hier hängt die Effizienz ganz wesentlich von der Geschwindigkeit der austretenden Gasteilchen ab. Bei niedriger Geschwindigkeit der ausströmenden Verbrennunggase erhält die Rakete nur sehr wenig Antrieb. Hier muss also der Gedanke verfolgt werden, die Ausströmgeschwindigkeit durch die optimale Wahl von Größe und Form der Austrittsdüse zu maximieren. Siehe auch Rückstoß ↗

Aluminium und Feuer


Zündet man die Rakete durch eine äußere Flamme, so muss man zwangsläufig die Aluminiumhülle erhitzen. Aluminium schmilzt bei schon 660 °C.[2] Wenn man nun dem Aluminium von außen Energie zuführt, erwärmt es sich langsam. Die Menge Energie, die nötig ist, um einen Stoff um eine Einheit Temperatur zu erwärmen ist die spezifische Wärmekapazität. Diese ist für Aluminium 816 bis 1050 J/(kg·K). Man benötigt also 816 bis 1050 Joule in einer Sekunde, um eine Kilogramm Aluminium um einen Grad Kelvin (oder auch Celsius) zu erwärmen.[2] Die Fähigkeit eines Material die Wärme weiterzuleiten nennt man die Wärmeleitfähigkeit. Diese liegt für typische Legierungen von Aluminium bei 88 bis 251 W/(m·K).[2] Aluminium hat auch ein sehr hohes Reflexionsvermögen gegenüber Wärmestrahlung. Es reflektiert gut 80 bis 90 % von einfallender Strahlung wieder zurück. Kommt es also nicht direkt mit einer Flamme oder schon heißen Dingen in Berührung, erwärmt es sich in bloße Strahlung vergleichsweise langsam.[3]


Tatsächlich findet man Bauteile aus Aluminium in vielen Anwendungen, wo das Metall hohen Temperaturen ausgesetzt ist, etwa als Kolben in Verbrennungsmotoren[4] oder im Haushalt beim Kochen[4]. Keine dieser Anwendungen wäre möglich, würde Aluminium dort anfangen zu brennen. Sogar stark pulverisiertes Aluminium ist an Luft nicht entzündbar.[5] Für den Bau einer Streichholzrakete kann man folgende Annahme treffen: das Aluminium benötigt viel Zufuhr von Energie, um sich zu erwärmen, leitet die Wärme aber auch gut weiter, etwa an den Zündkopf.

Flammentemperatur von Feuerzeugen


Um die Streichholzrakete zu zünden kann man zum Beispiel handelsübliche Standard-Einweg-Feuerzeuge verwenden. Wichtig ist, ob die Flammen Temperaturen erreichen können, die das Aluminium verbrennen und somit die Raketenhülle beschädigen. Handelsübliche kleine Feuerzeuge, etwa zum Anzünden von Kerzen, enthalten als Gas oft Butan (C₄H₁₀) oder Propan (Propan C₃H₈). Bei einer idealisierten (adiabatischen, stöchiometrischn) Verbrennung von Butan können rein rechnerisch Flammentemperaturen von 1895 °C erreicht werden, bei Propan sind es 1925 °C.[1] Die in reale Feuerzeugen erreichte Temperatur dürfte deutlich darunter liegen. Die Werte hier sind also theoretisch erreichbare Höchstwerte. Siehe auch Feuerzeug ↗

Flammentemperatur von Streichhölzern


Handelsübliche Streichhölzer zünden spontan auch ohne Reibung bei etwa 260 °C. Diese Angabe ist für den Zündkopf im Inneren der Rakete wichtig. Nach der Zündung werden sehr kurz Temperaturen von bis zu 2500 °C erreicht. Das kann sowohl für den Brand im Inneren der Rakete wichtig sein wie auch für eine Zündung durch ein Streichholz von außen.

Flammentemperatur von Kerzen


Viele Anleitungen zum Selbstbau einer Streichholzrakete zeigen Keren, etwa Teelichter, als Zündflamme für den Start. Kerzenlichter erreichen am Rand der sichtbaren Flamme, dort wo Sauerstoff ausreichend vorhanden ist, Temperaturen von bis zu 1400 °C. Siehe auch Kerzenflamme ↗

Fazit


Bei einigen Fehlstarts von Raketen waren Durchbrände, das heißt Brandlöcher, in der Nähe des innen liegenden Zündkopfes zu sehen. Das legt nahe, dass der Brennstoff im Inneren der Rakete die Schutzhülle aus Aluminium aus irgendeinem Grund durchbrannt hat. Eine erfoglreiche Gegenmaßnahme war das Umwickeln des oberen Bereiches der Rakete mit zusätzlichen Lagen aus Aluminium. Um nun beim Erhitzen des Raketenkopfes die Temperatur des Aluminiums möglichst niedrig zu halten, gleichzeitig aber auch die Zündtemperatur von 260 °C des Streichholzkopfes im Inneren der Rakete zu erreichen, kann man zwischen mindestens zwei Strategie wählen: a) kurze heiße lokale Flamme von außen oder b) längere Zeit wirkende, großflächigere aber kühlere Flamme von außen. Da Aluminium viel Energie benötigt, um sich zu erwärmen, gleichzeitig Wärme aber auch gut abtransportiert und ab 660 °C zu schmelzen beginnt, wäre zu befürchten, dass man bei Variante a) zwar lokal kurzfristig hohe Temperaturen erreicht und das Aluminium schädigt, aber dennoch nicht genug Wärme nach Innen an den Zündkopf gelangt. Bei Variante b) hingegen könnte man das Aluminium großflächig auf vielleicht 300 bis 500 °C erhitzen, was zur Zündung im Inneren führen würde, aber das Aluminium nicht angreift. Daher als Fazit: wahrscheinlich am besten den gelben und kühleren Bereich eines Streichholzes oder einer Gasflamme für die Zündung verwenden.

Fußnoten


  • [3] Zum Reflexionsvermögen heißt es, "aluminum benefits from having a relatively high reflectivity. A bare aluminum surface will
reflect 80-90 percent of heat radiation" und deshalb: "aluminum can withstand high temperatures when not in direct contact with a
source of heat". In: Albert Wills et al.: Fire Safety of Aluminium & its Alloys. The Aluminum Association Inc. Arlington, Virginia, USA. Die Veröffentlichung muss frühestens 2016 enstanden sein, ausgehend von den zitierten Quellen. Abgerufen am 17. September 2025. Online: https://www.aluminum.org/sites/default/files/2021-11/FireSafetyAluminumAlloys_9.8.20.pdf
  • [4] Trotz seiner eher niedrigen Schmelztemperatur von etwa 660 °C findet man Bauteile aus Aluminium in vielen Anwendungen, wo das Metall schadlos mit hohen Temperaturen in Berührung kommt: "An excellent example of this is the use of aluminum in high-performance engine parts such as pistons, which are exposed to high temperatures and pressures but then cool quickly by conducting the heat to the cylinder walls and into the oil at the bottom of the piston. Closer to home, aluminum is an increasingly common material found in cookware that comes in direct contact with flames or conductive heating elements. None of these applications would be possible if aluminum burned." In: Albert Wills et al.: Fire Safety of Aluminium & its Alloys. The Aluminum Association Inc. Arlington, Virginia, USA. Die Veröffentlichung muss frühestens 2016 enstanden sein, ausgehend von den zitierten Quellen. Abgerufen am 17. September 2025. Online: https://www.aluminum.org/sites/default/files/2021-11/FireSafetyAluminumAlloys_9.8.20.pdf
  • [5] Aluminium, ganz gleich wie fein aufgemahlen, wird auch bei hohen Temperaturen an Luft nicht zünden: "Pure aluminum powder, no matter how fine, will not ignite in air at any temperature." In: Albert Wills et al.: Fire Safety of Aluminium & its Alloys. The Aluminum Association Inc. Arlington, Virginia, USA. Die Veröffentlichung muss frühestens 2016 enstanden sein, ausgehend von den zitierten Quellen. Abgerufen am 17. September 2025. Online: https://www.aluminum.org/sites/default/files/2021-11/FireSafetyAluminumAlloys_9.8.20.pdf
  • [6] Die Zündtemperatur von Streichhölzern bei den roter Phosphor mit Kaliumchlorat reagiert liegt bei etwa 260 °C, kurzfristig werden dann Temperaturen von 2500 °C erreicht: "The red phosphorus used in advertising matches has a very low ignition point, only about 260 degrees. The temperature generated during friction is sufficient to burn red phosphorus. Although the temperature at the beginning of the burning is very low, the temperature of the match is as high as 2500 °C within the instant after it is lit! In summary, promotional matches will ignite spontaneously when they reach a temperature of 260 °C." In: At What Temperature Does the Match Ignite Spontaneously? Blog-Artikel der F-Zero Match Factory Huanan South City, Shenzhen, Guangdong Province, China. Abgerufen am 17. September 2025. Online: https://www.fzmatch.com/at-what-temperature-does-the-match-ignite-spontane.html
  • [7] Streichhölzer brennen mit etwa 600 bis 800 °C: "Burning match – For such a small flame, a household match burns at around 600-800°C". In: What is the Temperature of Fire? Information der Firma Target Fire Protection aus Rochdale, UK. Bearbeitungsstand vom 30ten Juni 2017. Siehe auch Streichholz ↗
  • [8] Die Dicke von Alufolie für den Hausgebrauch liegt meist zwischen 8 bis 15 µm oder Mikrometern. Die von uns verwendete Alufolie hatte eine Dicke von 10 µm. Ein häufiger Grund für Fehlstarts war, dass das Zündmittel im Inneren der Rakete die Umwicklung aus Aluminiu durchbrannt hat. Bei späteren Analysen zeigten sich lochartige Durchbrände durch mehrere Lagen Aluminiumfolie. Eine Abhilfe war es, die Anzahl der Wicklungen zu erhöhen. Das aber macht die Rakete auch schwerer, sodass idealerweise ein Optimum gefunden wird. Wer eine dickere Alufolie verwendet, kann also entsprechend weniger Lagen Wicklung anbringen.
  • [9] Holzspieße werden im Handel mit verschiedenen Durchmessern angeboten. Die hier verwendeten Holzspieße hatten einen Durchmesser von 1,6 Millimetern, gemessen mit einem Messschieber. Siehe auch Holzspieß ↗
  • [10] Schiefer Wurf, Beschleunigung, Freier Fall, Wurfparabel, Abschusswinkel etc: diese Themen sind als Übersicht zusammen gestellt auf der Seite zu Bewegungsgleichungen ↗
  • [11] Um von einer Angabe in Mikrometern zu einer Angabe in Zentimetern zu gelangen, dividiert man den Zahlenwert der Mikrometerangabe durch 10 tausend. Siehe mehr unter Mikrometer in Zentimeter ↗
  • [12] Die Zerlegung einer Bewegung in zwei voneinander ganz unabhängige Bestandteile (Komponenten) wird in der Physik häufig angewandt. Eine Methode geht über die Zerlegung von Vektore für die Geschwindigkeit, die andere verwendet direkt die Formeln für die getrennten Bewegungsabläufe. Das zugrunde liegende Prinzip ist die sogenannte Superposition ↗
  • [13] h = v²/(2g) ist die Formel, die die Steighöhe h mit der Abschussgeschwindigkeit v in Verbindung bringt. Umstellen nach v gibt dann: v = √(2·g·h). Einsetzen der Zahlenwerte mit g = 10 m/s² gibt: v = √(2·10·5) oder genau 10 m/s als vertikale Komponente der Abschussgeschwindigkeit. Siehe mehr unter senkrechter Wurf ↗
  • [14] Unbekannt ist der Geschwindigkeitsvektor in Richtung der Flugbahn, also in Richtung 45° zur Horizontalen. Zeichnet man ein Dreieck mit diesem unbekannten Vektor als Hypotenuse, dann wird die Geschwindigkeit von 10 m/s die Gegenkathete zum Abschusswinkel von 45°. Gegenkathete und Hypotenuse sind über den Sinus verbunden. Die gesuchte Hypotenuse ist dann die Gegenkathete geteilt durch den Sinus von 45°. Damit kommt man auf eine Abschussgeschwindigkeit in Richtung 45° von rund 14 m/s. Zur Trigonometrie dieser Rechnung siehe unter Sinus ↗
  • [15] Luftgewehre bis etwa 360 m/s, eine Parabellum-Pistole bis auf 600 m/s. Weitere Vergleichswerte für Geschosse stehen im Artikel zu Mündungsgeschwindigkeiten ↗
  • [16] 200 fps sagt, dass eine Kamera beim Aufzeichnen eines Films 200 Aufnahmen pro Sekunde macht. Damit kann man die Filme nachher in ausreichend starker Zeitlupe abspielen und über gemessene Strecken und Zeiten die Geschwindigkeiten abschätzen. Siehe auch Bildwiederholrate ↗
  • [17] 3500 m/s² ist eine Beschleunigung, die in Natur und Technik durchaus oft vorkommt. Vergleichswerte stehen unter Beschleunigungen ↗
  • [18] Die verwendeten Streichhölzer waren von der Marke "Stevenson" (eine Hausmarke der Drogeriekette Roßmann), hatten einen quadratischen Querschnitt mit einer Kantenlänge (des Querschnitts) von 2 mm, einen roten Zündkopf, eine Länge von 5,6 cm und eine Masse von rund 0,15 Gramm. Von 100 dieser Streichhölzer wurde die rote Zündmasse mit einer Zange abgeschabt. Die Gesamtmasse des abgebröselten Zündstoffs lag bei etwa 2,1 Gramm. Damit kommt man auf eine durchschnittliche Masse pro Zündsatz eines Streichholzes von rund 0,02 oder zwei Hundertstel Gramm. Zu allgemeinen Angaben zu Streichhölzern siehe auch Streichholz ↗
  • [19] Der Begriff Gasdruckantrieb wird zum Beispiel wörtlich verwendet in: 99 der Beilagen zu den stenographischen Protokollen des Nationalrates IX. GP. 25. 11. 1959. Regierungsvorlage für den Österreichischen Nationalrat. Bundesgesetz von 1959, mit dem das Außenhandelsgesetz abgeändert wird (Außenhandelsgesetznovelle 1959). Dort auf den Seiten 22 und 60.
  • [21] Um für die Formel v=s/t, sprich v gleich s durch t, den Bruch s durch t zu berechnen, ist es am einfachsten, man setzt für die Geschwindigkeit 11/200 als Bruch ein. Dann erhält man für s/t den Doppelbruch 1 m durch 11/200 m/s. Die Rechnung bleibt mit Brüchen einfach, wenn man sich an die Regel erinnert: durch einen Bruch zu teilen ist dasselbe wie mit seinem Kehrbruch zu multiplizieren. Aus der Zahlenrechnung 1 durch 11/200 wird dann 1 mal 200/11 oder einfach die Rechnung 200 geteilt durch 11. Das ergibt dann rund 18. Siehe auch Bruch durch Bruch ↗
  • [22] Der Luftwiderstand wächst quadratisch mit der Geschwindigkeit. Verdreifacht man die Geschwindigkeit eines Projektils, dann verneunfacht sich der wirkende Luftwiderstand nach der Formel: 0,5·c·A·ρ·v². Siehe mehr unter Luftwiderstand ↗
  • [23] Bis 0,5 Joule sind § 42 (Verbot des Führens von Waffen und Messern bei öffentlichen Veranstaltungen; Verordnungsermächtigungen für Verbotszonen) des Waffengesetzes ausgenommen, Waffen, "die zum Spiel bestimmt sind, wenn aus ihnen nur Geschosse verschossen werden können, denen eine Bewegungsenergie von nicht mehr als 0,5 Joule (J) erteilt wird, es sei denn, sie können mit allgemein gebräuchlichen Werkzeugen so geändert werden, dass die Bewegungsenergie der Geschosse über 0,5 Joule (J) steigt" In: Waffengesetz vom 11. Oktober 2002 (BGBl. I S. 3970, 4592; 2003 I S. 1957), das zuletzt durch Artikel 2 des Gesetzes vom 17. Juli 2025 (BGBl. 2025 I Nr. 171) geändert worden ist. Siehe auch den Artikel zur Geschossenergie ↗
  • [24] Streichhölzer fallen nicht unter das Sprengstoffgesetz: "Dieses Gesetz gilt nicht für […] den Umgang und den Verkehr mit explosionsgefährlichen Stoffen, die an Sicherheitszündhölzern und Überallzündhölzern verarbeitet sind, sowie für die Einfuhr der an derartigen Anzündern verarbeiteten explosionsgefährlichen Stoffe". In: Sprengstoffgesetz in der Fassung der Bekanntmachung vom 10. September 2002 (BGBl. I S. 3518), das zuletzt durch Artikel 3 des Gesetzes vom 17. Juli 2025 (BGBl. 2025 I Nr. 171) geändert worden ist". Dort §1 Abs. 4 Nr. 3 SprengG.
  • [25] "Erste Verordnung zum Sprengstoffgesetz in der Fassung der Bekanntmachung vom 31. Januar 1991 (BGBl. I S. 169), die zuletzt durch Artikel 1 der Verordnung vom 20. Dezember 2021 (BGBl. I S. 5238) geändert worden ist"
  • [26] Über die Stabilität von Raketen dachte schon früh der Pionier Hermann Oberth nach. Oberth verglich die Rakete mit einem Pfeil und schlug unter anderem die Verlagerung der Schwerpunktes nach vorne oder die Verlagerung des "Zentrums des Luftwiderstands" mit Hilfe von Flosen nach hinten vor. Siehe dazu das Kapitel "13 Steuerungsfragen" ab Seite 185. In: Hermann Oberth: Wege zur Raumschiffahrt. VDI Verlag. Düsseldorf, 1986. Nachdruck der Ausgabe von 1929. ISBN: 3-18-400755-3.
  • [27] Die rechnerische Zerlegung einer Bewegung in mehrere Komponenten fußt auf der sogenannten Superposition, das heißt auf Deutsch Überlagerung, der Geschwindigkeiten. Siehe dazu mehr im Artikel zur Superposition ↗
  • [28] Eine minimalistische Rakte mit nur 2,5 mal 5 cm² Alufolie, die um ein einzelnes Streiholz gewickelt wird und einen Düsenkanal hat, wird beschrieben in: Andreas Korn-Müller, Alexander Steffenshagen: Das verrückte Chemie-Labor: Experimente für Kinder. Fischer Sauerländer, Patmos Verlagshaus. 2004. 48 Seiten. ISBN: ‎ 978-3737364799. Dort werden Raketen mit maximal 3 "Streichholzköpfchen" beschrieben. Gefahren, etwa durch ungewollt austretetende Gase werden nicht beschrieben. Auch werden auf einer zeichnerischen Darstellung keine Schutzausrüstungen wie Handschuhe oder Schutzbrillen gezeigt. Es gibt auch keinen Hinweis auf einschränkende Gesetze. Das Experiment wird insgesamt als harmlos dargestellt.