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Physik - Jugend forscht

Jugend forscht

 

Vier Preise für drei Schülergruppen des MBG beim Jugend-forscht-Regionalwettbewerb 2020 in München

Etwa 70 Schüler mit mehr als 50 Forschungsprojekte präsentierten am Mittwoch, 6.3. und Donnerstag, 7.3. in der Munich School of Robotics and Machine Intelligence beim Regionalentscheid von Jugend forscht München West ihre Forschungsprojekte, darunter auch vier Max-Born-Schüler, die alle in der Kategorie Technik antraten.

Ein Mülleimer bedankt sich– Mike Kaminski, 7a

Schon lange störte es Mike, wenn Schüler Abfall im Schulhaus einfach nur fallen ließen. „Ich glaube, dass ein Lob wirksamer als jede Strafe ist“, meinte Mike nach einer Literaturrecherche zur Motivation von Menschen. Beim Hausmeister erfuhr er, dass leere Pizzakartons ein größeres Problem auf dem Schulhof seien. Das Abfallwirtschaftsamt stellte dem rührigen Siebtklässler eine große Abfalltonne zu Verfügung. Die baute Mike in seinem Projekt so um, dass beim Einwurf eines Pizzakartons ein Dankeschön auf einem Display erscheint.

Dazu sägte er einen passenden Schlitz in die Tonne, klebte und schraubte eine Führungsschiene dahinter. „Die verhindert, dass der Pizzakarton unkontrolliert in die Tonne kippt und sich verkantet. Dann wäre die Tonne zu rasch voll“, erklärte er. Beim Einschieben unterbricht der Karton eine Lichtschranke, was ein Arduino-Minicomputer registriert und ein „Vielen Dank“ aufs Display sendet. Die Kartons fallen sauber gestapelt aufeinander, so dass die Tonne optimal ausgenutzt wird.

Die Jury des Wettbewerbs zeigte sich beeindruckt von der technischen Umsetzung der mechanischen und elektronischen Komponenten, aber auch von Mikes überzeugendem und für sein Alter erstaunlich sicheren Auftreten und verlieh ihm den 1. Preis. Aber Mike möchte noch einiges verbessern: Mehr Abwechslung beim Dankeschön, vielleicht auch mal ein Witz oder ein pfiffiges Bild – das erhöht die Motivation mitzumachen, die laut seiner Umfrage unter Klassenkameraden recht hoch ist. Ein Ultraschallsensor könnte registrieren, wenn die Tonne voll ist und den Hausmeister informieren. Der freut sich schon darauf, wenn die Pizzakartons in Zukunft in der Tonne landen.

 

Clean Ocean – Plastikmüll im Wasser beseitigen– Jan Deffner, und Simon Trumpfheller, beide Q11

Plastikmüll sammelt sich in riesigen Müllstrudeln im Ozean und verunreinigt Strände. Um zu zeigen, wie man dagegen angehen kann, bauten Jan und Simon ein meterlanges Boot, mit dem sie Müll aus dem Wasser fischen können. In den Katamaran haben sie hunderte Arbeitsstunden und über 1000 Euro investiert, und das sieht man ihm auch an: Zwei Schwimmkörper sind sorgfältig mit Bootsfarbe bestrichen, damit kein Wasser in das Styropor eindringt. Eine große Holzplattform bietet viel Platz für die Masten, an denen drei Fischerkörbe hängen. Die Körbe haben die Schüler in Handarbeit aus Rohren und Drahtnetz zusammengelötet und lackiert. „Die Körbe sind in Fahrtrichtung offen, damit der Müll bei voller Fahrt hineingetrieben wird“, erläutert Jan. Die Strömung der Fahrt und das Drahtnetz verhindern, dass er wieder entkommt und von Zeit zu Zeit werden die Körbe mit Motoren automatisch hochgezogen und entleeren sich auf die Plattform. Jedes Detail ist sorgfältig bedacht, von der Führung der Seile über Rollen bis hin zur abnehmbaren Achse, die es ermöglicht, die Körbe für den Transport zum Wasser abzunehmen.

Im ausgehöhlten Rumpf sind zwei Motorradakkus, Antriebstechnik und eine Steuerung untergebracht. „Wir hatten erhebliche Probleme, die Motorachse wasserdicht und verschleißfrei zu den beiden Schiffsschrauben zu führen“, berichtet Simon, „dann wurden die Bootsregler so heiß, dass das Styropor fast geschmolzen ist.“ Eine Lüfteranlage wurde konstruiert, durch die aber kein Spritzwasser eindringen durfte.

Schließlich wurde eine autonome Steuerung eingebaut. Ein GPS-Empfänger an der höchsten Mastspitze meldet laufend den aktuellen Standort an einen Kleincomputer namens Raspberry Pie, der errechnet daraus die Richtung, in die das Boot unterwegs ist und vergleicht sie mit dem Weg zum nächsten einprogrammierten „Waypoint“. Bei Abweichungen treibt ein Motor schneller, der andere schwächer an, das Boot dreht sich. Für diese Arbeiten holten sich Simon und Jan einen dritten Jungforscher, Dominik Powell vom Kurt Huber Gymnasium ins Team, der gute Programmierkenntnisse mitbrachte. Die Trägheit des Katamarans überraschte Dominik: „Beim ersten Versuch drehte das Boot über die richtige Richtung hinaus, es musste gegensteuern und fuhr in Schlangenlinien.“ Mit aufwändigen Tests ließe sich das in den Griff kriegen, so der Schüler. Schließlich soll das Boot autonom eine spiralförmige Bahn auf dem Wasser ziehen, so dass die gesamte Oberfläche eines Sees abgefischt werden kann.

Auf dem Wettbewerb zog der prächtige Katamaran viel Aufmerksamkeit auf sich und wurde von der Jury mit dem zweiten Platz bewertet. Zusätzlich erhielten die Schüler den Sonderpreis „REset Plastik“.

 

Bau und Test eines Solarkochers– Yiqi Liu, 6a

Das Max-Born-Gymnasium bietet naturwissenschaftlich besonders interessierten Schülern von Klasse 5 bis 7 die Forscherklasse an. Hier baute der jüngste Teilnehmer vom MBG unter der Anleitung von Herrn Kautzky und Frau König einen Solarkocher. Acht rundlich geschnittene Dreiecke beklebte Yiqi mit Alufolie und fügte sie zu einem Hohlspiegel zusammen, der auf einer beweglichen Achse aufgeständert wurde. Auf die Sonne ausgerichtet erhitzen die Strahlen Wasser, das sich im Inneren eines schwarzen Filmdöschens befindet.

Diesen Aufbau testete Yiqi im Jugend-forscht-Unterricht von Herrn Werner-Forster auf Effektivität. Parallel zur Achse eingestrahltes Laserlicht zeigte, dass das Filmdöschen näher am Spiegel von viel mehr Lichtstrahlen getroffen würde. Also verlegte Yiqi es in den Brennpunkt des Spiegels.

Dann untersuchte er den Temperaturanstieg des Wassers bei Bestrahlung mit einer 300 Watt Halogenlampe. In 37 Sekunden stieg die Temperatur der 30 Gramm Wasser um 10°C. Hieraus errechnete Yiqi, dass sein Solarkocher mindestens 10% der elektrischen Leistung der Lampe in Wärme des Wassers umwandelte. Ein Test mit der Wintersonne im Januar zeigte einen langsameren Temperaturanstieg: „Leicht könnte man das verbessern, indem man einen größeren und glatteren Spiegel verwendet“, erläutert Yiqi. Dennoch erreichte das Wasser im Filmdöschen schließlich fast 80°C!

Solch ein Solarkocher könnte in Afrika viel Geld für Brennholz sparen und zusätzlich Wälder schützen“, ist Yiqi überzeugt. Sein Projekt wurde mit einem Sonderpreis geehrt.

Die Schüler lernen bei ihren Projekten nicht nur, wie naturwissenschaftlich gearbeitet wird und wie man technische Lösungen findet. Nebenbei erschließen sie sich Hilfe bei Experten, suchen Lösungen im Internet und nehmen Rückschläge als Ansporn“, so Herr Werner-Forster. Wenn sie dann erlebten, wie andere Jungforscher und Experten der Jury ihre fertigen Projekte hinterfragen und diskutieren, lernten sie auf ihre Fähigkeiten mit Selbstbewusstsein und Stolz zu vertrauen.


Dreifacher Sieg der Schüler des MBG beim Jugend-forscht-Regionalwettbewerb 2019 in Schongau

Am Mittwoch, 27.2. und Donnerstag, 28.2., präsentierten in Schongau beim Regionalentscheid von Jugend forscht über 100 Schüler 57 Forschungsprojekte in den sechs Kategorien Arbeitswelt, Biologie, Chemie, Mathematik-Informatik, Geo- und Raumwissenschaften, Physik und Technik.

Ohrstöpsel gegen Disco-Lärm – Emma Hermann, 9d, und Lea Jordan, 9c

Beim Konzert der Boy-Group „Why don't we“ fragten sich die beiden Neuntklässerinnen: Wie gut schützen Ohrstöpsel gegen den Lärm? Und testeten zahlreiche Produkte mit teils überraschenden Ergebnissen.

Dazu erzeugten sie mit einem Lautsprecher Töne verschiedener Frequenzen und registrierten den Schalldruckpegel in Dezibel, der ohne Ohrstöpsel zu einem empfindlichen Messgerät gelangte. Im Vergleich dazu war der Ton leiser, wenn Ohrstöpsel den Weg versperrten. „Der Unterschied ist die Dämpfung: je größer, desto besser ist das Ohr geschützt,“ erklärt Emma.

Das Problem der Messung ist, dass der Lärm auf vielen Wegen zum Messgerät dringen kann, auch unter Umgehung des Stöpsels. „Um dies zu verhindern, haben wir zwei Kisten gebaut, die den Schall abhalten,“ erläutert Lea. Nur durch ein Loch in der Größe des Gehörgangs tritt der Ton aus der ersten Lautsprecher-Kiste aus und dringt in die zweite Kiste mit dem Messgerät ein. Zusätzlich wurden die Kisten mit Akustikschwerschaum ausgekleidet. Damit waren erste Messungen möglich, die bei hohen Tönen sinnvolle Ergebnisse lieferten. Tiefere Töne aber wurden von den Kisten nicht genügend abgehalten. „Dies haben wir durch eine zweite Lage Akustikschaum in den Griff gekriegt“, so Lea. Jetzt zeigten die Stöpsel ihre Wirkung, die auch nicht von der gewählten Lautstärke abhing und bei hohen Frequenzen am deutlichsten waren.

Am nervigsten war beim Konzert das Kreischen der Mädchen – und davor schützen viele Stöpsel ziemlich gut“, freut sich Emma.

Emma und Lea setzten sich damit in der Junior-Sparte „Schüler experimentieren“ von „Jugend forscht“ gegen 20 Mitbewerber durch und erhielten den 1. Preis in der Kategorie „Arbeitswelt“. Zusätzlich belohnte die Jury sie mit dem „plus-MINT Sonderpreis für interdisziplinäre Projekte“, da die Arbeit in beispielhafter Weise Gebiete der Biologie, Physik und Medizin verbinde, wie Patentanwalt Dr.-Ing. Dipl.-Phys Dipl.-Betrw. Martin Schlosser in seiner Laudatio hervorhob. MINT steht für die Fächer Mathematik, Informatik, Naturwissenschaft und Technik.

 

Vertrocknete Pflanzen ade – Lukas Döllerer, Q12

Meine Zimmerpflanzen haben es bei mir nie lange ausgehalten, sie sind mir immer vertrocknet“, klagt Lukas. In seiner Jugend-forscht-Arbeit hat er einen Feuchtigkeitssensor entworfen, gebaut und erfolgreich getestet, der seine Pflanzen in Zukunft schützen wird.

Dabei nutzt er aus, dass ein mit Wasser gefüllter Kondensator wesentlich mehr elektrische Ladung speichert als ein trockener. Zu Beginn stand der Entwurf dieses Bauteils: Drei Versionen hat er geätzt, jede mit noch größerem Fassungsvermögen um sein Messgerät empfindlicher zu machen. Für den Landeswettbewerb steigerte er die Kapazität nochmals in einer vierten Version

Dann folgten die Messungen der Speicherfähigkeit mit drei verschiedenen Methoden. Dass eine davon völlig andere Werte lieferte als die beiden anderen, hat Lukas zunächst viel Nerven gekostet – bis ihm der Einfluss des zur Messung verwendeten Oszilloskops auf die winzigen Kapazitäten klar wurde.

Schließlich entwarf und realisierte er eine Tiefpass-Schaltung, die je nach Feuchtigkeitsgrad in der Umgebung seines Sensors unterschiedliche Spannungen zurückmeldet. Geschickt nutzte er die Fähigkeiten eines billig verfügbaren Arduinos aus und verbesserte die Schaltung nochmals.

Umfangreiche Testmessungen zeigen klar den Erfolg: Lukas kann die Feuchtigkeit im Blumentopf auf einige Prozent genau messen. Dies ermöglichte es ihm, eine Pumpe anzusteuern, die bei Trockenheit Wasser in dem Blumentopf gibt – und die die Pflanze vor dem Verdursten rettet.

Ich habe mir jetzt neue Topfpflanzen gekauft“, lacht Lukas: Die werden nicht mehr eingehen, auch wenn Lukas sie im Abistress mal vergisst.

Lukas' Arbeit begeisterte die Juroren durch die umfassende Lösung des Pflanzenproblems vom Erfassen der physikalischen Grundlagen über die technische Realisierung, elektronische Entwicklung bis hin zu Softwarelösung. Beim Regionalwettbewerb wurde Lukas so Jugend forscht-Sieger in der Kategorie „Technik“ und erhielt beim bayerischen Landeswettbewerb den Sonderpreis „Qualitätssicherung durch zerstörungsfreie Prüfung“.

 

Selbstgebauter Taschenrechner – Ilja Dretser, 8a-i

In einer Sommerakademie lernte Ilja die Grundlagen eines Taschenrechners kennen. Mit großem Geschick hat er sich die nötige Kenntnis der Binärzahlen erarbeitet, Wahrheitstabellen aufgestellt und die passende Logikgatter untersucht. Damit konnte er einfache elektronische Schaltungen entwerfen, aufbauen und testen. „Ich habe die insgesamt sieben nötigen Gatter dreimal hergestellt, bis sie zuverlässig funktionierten“, erzählt Ilja, der viel mit Wackelkontakten und kalten Lötstellen zu kämpfen hatte. Ilja entwickelte eine Pappkiste mit Schubfächern, in die alle Schaltungen eingeschoben werden. So bleiben sie für Reparaturen zugänglich. Jetzt kann er Zahlen bis sechs zusammenzählen lassen. „Das scheint vielleicht wenig, aber die Addition von größeren Zahlen funktioniert genau nach dem gleichen Prinzip, nur brauche ich für jede zusätzliche Stelle weitere drei Gatter.“

Ilja habe die Funktionsweise des Addierers von Grund auf verstanden, eigene Logikgatter entwickelt und einen funktionstüchtigen Prototyp gebaut, lobte die Jury und verlieh Ilja den 1. Preis der Junior-Sparte in der Kategorie Technik.

Für den Landeswettbewerb, der vor den Osterferien im BMW-Werk Dingolfing stattfand, erweiterte Ilja seinen Addierer auf 11 Stellen, so dass er Zahlen bis 2047 addieren kann – mehr als 25 Gatter musste er dafür löten. Doch überraschend funktionierte er nur bis zur 4. Stelle. Eine sorgfältige Suche brachte die Lösung: In jedem Gatter sinkt die Spannung, die eine „Eins“ kodiert, um einige Zehntel Volt, und so kommt es nach einigen Stellen zu einer so niedrigen Spannung, dass die Leuchtdioden nicht mehr hell genug strahlen. „Ilja hat das Problem schnell gelöst“, berichtet Eckart Werner-Forster, sein Betreuungslehrer am MBG: „ Er hat einfach zwei Verneinungen hinter jede vierte Stelle eingebaut.“ So wird aus einer „Eins“ eine „Null“ und aus der wieder eine „Eins“, „aber eben keine schwächliche 2 Volt-„Eins“, sondern eine mit vollen 9V – die Addition kann weitergehen“.

Seine Ausführungen und die sorgfältige, übersichtliche Ausführung seines Addierers überzeugten auch die Jury des Landeswettbewerbs. In Gegenwart von Kultusminister Prof. Dr. Michael Piazolo belohnte sie ihn mit dem 3. Preis der besten Schüler aus ganz Bayern in der Sparte Technik.

 

Clean Ocean – Plastikmüll im Wasser beseitigen– Jan Deffner und Simon Trumpfheller, beide 10b

Die Müllstrudel im Ozean beunruhigen die beiden Zehntklässler seit langem. Das brachte sie auf die Idee, ein Boot zu bauen, das einmal Müll aus dem Wasser fischen soll – autonom.

In einem ersten Schritt bauten die beiden ein Katamaran aus zwei von Hand zugeschnittenen Styroporkörpern. „Die sind leicht, geben dem Schiff daher viel Auftrieb und das verbindende Brett dient als Plattform für den Müll-Fischfang“, beschreibt Simon die Idee. Dieses Jahr haben sie das Boot gebaut und es mit Fernsteuerung, Batterien und zwei Motoren ausgerüstet. Im kommenden Jahr wollen sie die Apparatur für den Müll entwickeln und die Steuerung umstellen: „Mit GPS sollte es möglich sein, dass der Müllfänger autonom einen See abfährt“, so schildert Jan die Zukunftspläne.

Die Schüler haben sich mit bewunderungswürdiger Geduld durch manches Problem sehr eigenständig hindurch gekämpft“, stellt Jurorin Dr. Carolin Pfeiffer fest, die betont, dass Forschung oft harte Arbeit ist.
Bei Jugend-forscht finden die Jugendlichen Gleichgesinnte, mit denen sie sich über ihre besonderen Interessen austauschen können. Wenn das Projekt dann funktioniert, entsteht ein fundiertes Selbstbewusstsein, auf das die Jungforscher aufbauen können. Manche Projekte sind nur möglich, weil das Max-Born-Netzwerk und der Elternbeirat der Schule großzügig Geräte finanzieren.

Regionalwettbewerb Jugend forscht 2018

UV-Kamera im Eigenbau – Markus Huber, (9b)

Wie leicht holt man sich einen Sonnenbrand, weil man eine Stelle auf der Haut beim Eincremen mit Sonnenschutz nicht erwischt hat. Diese Stellen könnte man mit der UV-Kamera von Markus Huber (9b) sichtbar machen.

Da UV-Licht nicht auf den Chip der Kamera vordringt, nutzte Markus einen Fluoreszenzfarbstoff. Eine spezielle Linse bildet das UV-Licht, das von der Sonnencreme reflektiert wird, scharf auf eine kleine Glasscheibe ab. Auf der Glasscheibe ist eine dünne Schicht des Farbstoffs aufgetragen. Er verwandelt das UV-Licht in sichtbares Licht, das von einer normalen Kamera fotografiert wird. Damit kein störendes sichtbares Licht auf den Farbstoff trifft, wird vor die Linse ein Filter gesetzt, der nur das UV-Licht durchlässt. Die gesamte Apparatur befindet sich in einem lichtdichten Kasten.

Das Hauptproblem ist, dass nur sehr wenig Licht durch den Filter dringt und noch weniger vom Farbstoff in sichtbares Licht umgewandelt wird“, berichtet Markus. So musste er zunächst eine Minute lang belichten und eine Bildbearbeitung nachschieben.

Zahlreichen Verbesserungen waren nötig, sein Ziel zu erreichen: Eine geschickte Wahl des Farbstoffs, ausreichend hoch konzentriert in klarer Vaseline, Beleuchtung mit einer Schwarzlichtlampe aus dem Theaterfundus und eine empfindliche Kamera mit Makroobjektiv. „Jetzt kann ich UV-Bilder in Echtzeit schießen,“ freut sich Markus.

Bau eines Windkanals Roman Marklseder (7a)

Seit der fünften Klasse hat Roman Marklseder (7a) die Forscherklasse des MBG besucht. Hier hat er eine gründliche Ausbildung im naturwissenschaftlichen Arbeiten erhalten, gelernt, wie man experimentiert, Materialien bearbeitet und Erkenntnisse gewinnt. „Roman interessiert sich seit Langem für Luftfahrt“, berichtet Physiklehrerin Isabelle Jellen, die seine Forschungsarbeit betreut hat.

Geschickt hat Roman einen langen Kasten mit Plexiglasfenster konstruiert, durch den er mit einem Ventilator Luft an einem Flugzeugmodell vorbei bläst. „Viel Aufwand trieb er, um Luftverwirbelungen mit Räucherkerzen und Trockeneis sichtbar zu machen“, so Chemielehrer Matthias Fritz, der ihn dabei unterstützte. „Am besten funktioniert es mit einer Nebelmaschine, die mir das Technik-Team der Schule ausgeliehen hat“, berichtet der Jungforscher.

Für das kommenden Jahr plant er den Nebel gleichmäßiger zu machen, ihn gezielt in dünnen Streifen in den Windkanal einzubringen und die Luftgeschwindigkeit zu reduzieren, damit die Wirbel deutlich sichtbar werden. Damit will er die Aerodynamik von Auto- und Flugzeugmodellen vergleichen.

Wirkung von Deckenabsorbern auf Lärm auf den Gängen – Darius Winter, (9b)

Viele Schallschutzmaßnahmen wurden am MBG verwirklicht, um die Akustik in den Schulräumen zu verbessern und angenehme Bedingungen auf den Gängen zu erreichen. Wie viel diese gebracht haben, wollte Darius Winter (9b) überprüfen. Mit Hilfe des Max-Born-Netzwerks konnte er ein zuverlässiges Schallpegelmessgerät anschaffen, das durch einen Kalibrator vor jeder Messung geeicht wurde.

Darius maß in zwei gleichartigen Gängen, wie stark der Schalldruckpegel auf 28m Ganglänge abnimmt. Damit konnte er beurteilen, wie laut eine Schülergruppe am Ende des Gangs im Vergleich zu einem Mitschüler in unmittelbarer Nähe ist. Der Clou bei den beiden Gängen ist, dass der eine keinerlei Schallabsorber besitzt, während beim anderen die Decke mit 42 m² gelochten Gipskartonplatten ausgerüstet ist.

Die Aufgabe erwies sich als komplizierter als angenommen: Durch Reflexion des Schalls an Decken und Wänden kommt es zu stehenden Wellen, die die Schallintensität um einen Faktor 30 schwanken lassen können, und das innerhalb weniger Dezimeter.

Doch Darius wusste sich zu helfen: Als Schallquelle benutze er einen Sinusgenerator mit einem Lautsprecher, dessen Leistung er genau überwachte. Der Lautsprecher wurde an einem Ende des Gangs platziert. Dann erfasste er an jeweils über 1200 verschiedenen Messpunkten entlang der gesamten Länge von beiden Gängen den Schalldruckpegel. „Dadurch konnte ich die Abnahme der Lautstärke sogar für verschiedene Tonhöhen feststellen“, so Darius. Durch geschicktes Mitteln ließen sich die Schwankungen gut ausgleichen und am Ende war klar erkennbar: Die Schallintensität nimmt bei hohen Tönen über die gesamte Ganglänge auf etwa ein Viertel ab. Zusätzliche Deckenabsorber drücken die Lautstärke nochmals auf etwa die Hälfte. Dies bedeutet, dass acht Schüler, die am anderen Gangende sprechen, etwa ebenso laut sind wie ein Schüler in 2 Meter Entfernung.

Die typische Stimmhöhe der Schüler dagegen, die viel tiefer liegt, wird wesentlich schlechter gedämpft: Über den ganzen Gang nimmt der Schalldruckpegel um gerade mal etwa 2dB ab. Das bedeutet, dass bereits zwei Schüler am anderen Gangende lauter sind als ein Schüler in zwei Meter Abstand.

Man muss bedenken, dass sich zum Ende der Pause bis zu 90 Schüler auf dem Gang befinden, die mit einander sprechen wollen“, so Darius, „und unsere Deckenabsorber bringen bei diesen Frequenzen praktisch keine zusätzliche Dämpfung“, so seine Resultate. Laut Erläuterungen eines Akustikingenieurs müssten die Schallabsorber in deutlich größerer Entfernung von der Decke montiert werden, so dass sie durch Resonanz auch tiefere Töne dämpfen.

 

Die Teilnehmer des Wahlunterrichts besuchten am 7. Februar den Wettbewerb am Münchner Flughafen, an dem sich 118 Schüler beteiligten. Jetzt können sie sich realistisch vorstellen, was sie erwartet, wenn sie nach monatelangen Vorbereitungen selbst im nächsten Jahr antreten.

Bei ihren Forschungsarbeiten dringen die Schüler mit Hilfe von Kenntnissen aus dem Unterricht tief in Gebiete ein, die sie begeistern und schulen so Sekundärtugenden wie Ausdauer und zielgerichtetes Arbeiten, die sie ihr Leben lang brauchen werden,“ konstatiert Jugend-forscht-Leiter Eckart Werner-Forster.

 

 

Zwei Platzierungen und zwei Preise für Schüler des MBG beim Jugend-forscht-Regionalwettbewerb 2017 am Münchner Flughafen

Robin Marchart (hinten links), Niklas Johne, Markus Huber, Jan Deffner, Simone Jaud
Darius Winter (vorn links), Medha Koora, Simon Trumpfheller

Lichtschutzfaktor von Sonnencremes – Markus Huber, 8c

Auf Sonnencremes ist der Lichtschutzfaktor angegeben. „Aber halten die auch, was sie versprechen?“, wollte Markus Huber (Klasse 8c) wissen und maß nach. Dazu durchleuchtete er einen dünnen Film aus Sonnencreme mit ultraviolettem Licht und maß die Intensität des durchkommenden Lichts. Diese setzte er ins Verhältnis zur Intensität ohne Sonnencreme. Der Elternbeirat und das Max-Born-Netzwerk finanzierten das hochempfindliche Photospektrometer, das gleich noch in einem weiteren Projekt eingesetzt wurde. Tatsächlich übertrafen die Sonnencremes den angegebenen Schutz sogar – vorausgesetzt, es wurde dick genug aufgetragen. „Allerdings gibt es Cremes, die so dickflüssig sind, dass es kaum möglich war, die von Dermatologen empfohlene Menge von 2 Milligramm pro Quadratzentimeter Hautfläche zu verteilen.“ Es bildeten sich Löcher im Sonnenschutz, die wesentlich mehr UV-Licht durchließen. Außerdem bekamen einige Proben mit der Zeit Risse im Schutzfilm, durch die schädliche Strahlung drang. Markus' Arbeit zeigt deutlich, wie wichtig es ist, genügend Sonnencreme zu verwenden und den Schutz immer wieder aufzufrischen. „Dicke Proben erreichten durchaus Lichtschutzfaktor 250 – allerdings waren die von sichtbar weißer Farbe – nicht gerade hübsch auf der Haut“, lacht Markus. Die Jury war von seiner Arbeit so begeistert, dass sie ihm den dritten Platz in Physik zuerkannte.

 

Einfluss der Lichtfarbe auf das Pflanzenwachstum – Darius Winter, 8c

Darius Winter (8c) wollte wissen, ob die Farbe eines Pflanzlichts das Wachstum von Kresse beeinflusst. Viele Stunden lang beleuchtete er Kressesamen, die unter stets gleichen Bedingungen gehalten wurden, mit verschiedenfarbigem aber stets gleich starkem Licht und maß die Durchschnittshöhe der Pflänzchen. Zum Vergleich beobachtete er auch Kresse, die im Dunkeln keimte. „Die Resultate haben mich überrascht“, erzählt Darius. Am schnellsten wuchs Kresse zunächst im Dunkeln. Auch grünes Licht führte zu relativ raschem Wachstum. „Dabei kann Chlorophyll mit grünem Licht nichts anfangen. Es wird reflektiert – was den Pflanzen die grüne Farbe verleiht.“ Unter rotem oder blauem Licht gezogene Kresse wuchs zwar zunächst langsamer, erreichte aber eine größere Höhe, während das Wachstum der anderen Chargen endete. Diese hatten wohl die Energie des Samens verwendet um möglichst rasch zu geeignetem Licht zu gelangen. Nebenbei machte Darius noch eine Beobachtung: Im Dunkeln gezogene Kresse bleibt weiß!

 

Seit der fünften Klasse haben Medha Koora (Klasse 8a), Simon Trumpfheller und Jan Deffner (8c) die Forscherklasse besucht. Hier haben sie eine gründliche Ausbildung im naturwissenschaftlichen Arbeiten erhalten, gelernt, wie man experimentiert, Daten erhebt und auswertet und wie man Erkenntnisse absichert. „Die drei verfügen heute über eine große Bereitschaft, Zeit und Kraft zu investieren, alles Voraussetzungen um gute Arbeit zu leisten“, freut sich Frau König, welche die drei zusammen mit Herrn Kautzky seit 2013 angeleitet hat. Entsprechend inhaltsreich ist ihre Jugend-forscht-Arbeit: Schon im vorletzten Jahr begannen sie, einen Seismographen aus einem Stein zu konstruieren, der an Gummibändern locker in einer Kiste aufgehängt ist. Rüttelt ein Erdbeben an der Kiste, bewegt sich ein Stift über ein Schreibpapier und zeichnet so die Erschütterungen auf. „Leider wurde dieser Prototyp bei einem Testlauf im Erdbebensimulator im Museum Mensch und Natur völlig zerstört“, berichtet Jan.

Doch die drei ließen nicht locker und konstruierten mit Kraft- und Ultraschallsensoren technisch anspruchsvolle Vertikal- und Horizontalseismographen. „Viel Zeit haben wir aufgewendet, um unser Gerät zu eichen“, berichtet Simon. Ein Exzenter mit Pleuelstange simuliert ein Beben mit bekannter Amplitude. Der Seismograph konnte diese mit fast 100%-iger Genauigkeit detektieren. Erst bei Schwingungen, die länger dauern als 7 Sekunden, versagt er seinen Dienst.

Mit zwei Vertikalseismographen konnten wir die Ausbreitungsgeschwindigkeit von „Erdbebenwellen“ im Boden unserer Turnhalle messen“, so Medha. Eine Erschütterung triff in einem 20m entfernt aufgestellten Detektor ein paar Millisekunden später ein. Daraus errechnete sie, dass sich die Wellen mit rund 1,0km pro Sekunde bewegen. Auch das Epizentrum der Erschütterung ist auf diese Weise berechenbar.

Bau einer Magnetschwebebahn – Robin Marchart 9c

Der Transrapid hatte Robin Marchart (9c) schon lange fasziniert. In seiner Arbeit wollte Robin eine Magnetschwebebahn bauen. Sorgfältige Messungen der abstoßenden und anziehenden Magnetkräfte je nach Abstand gingen voraus. Dann klebte er über dreißig Magnete auf V-förmige „Schienen“ und Gleiter. „Das erste Problem war, dass sich benachbarte Magnete so stark abstießen, dass die Klebung versagte“, erinnert sich Robin. Als er dieses gemeistert hatte, musste er feststellen, dass der Gleiter sich stets so drehte, dass seine Magnete einen Pol fanden, der sie anzog. In einer Recherche fand er die Erklärung: Im sogenannten Earnshaw-Theorem wird hergeleitet, dass mit Dauermagneten allein keine stabile Lage erzeugt werden kann. Robin griff zu einem Trick: Die Hauptlast seines Gleiters tragen Magnete.Geschickt am Gleiter angebrachte Räder stützen sich seitlich an der Schiene ab und verhindern so, dass die Magnete sich so drehen, dass sie einander anziehen. So schwebt Robins Bahn zwar nicht völlig losgelöst, aber doch ziemlich leicht über die Bahn.

 

Wenn ein Roboter den Zauberwürfel löst – Niklas Johne, Q 12

Einen Roboter den Zauberwürfel lösen zu lassen ist der Traum von Niklas Johne (Q12). Seit zwei Jahren baut und programmiert er sechs Schrittmotoren, die vom Computer angesteuert je eine Seite des Rubic-Cube drehen. Zwei Kameras erfassen die Farben von je drei Würfelseiten, so dass ein aufwändiger zwei-Phasen-Algorithmus einen möglichst raschen Weg errechnen kann um den Würfel in durchschnittlich fünf Sekunden zu lösen. Viele Schwierigkeiten hat Niklas gelöst: Geeignete Motoren zu finden, die eine exakte 90°-Drehung ermöglichen, damit der Würfel nicht klemmt. Bei der stabilen Verbindung der Motoren mit dem Würfel unterstützte ihn sein Kunstlehrer Herr Langemeyer. Die Motoren werden über mit Motorshields verstärkte Arduinos angesteuert - Anschaffungen, die er mit Unterstützung des Max-Born-Netzwerks tätigen konnte. Das Herzstück aber stellt das Programm dar: „Jede Drehung kostet Zeit. Ein Mensch benötigt ca. 150 Züge. Dabei ist jede Ausgangsposition mit 20 Schritten lösbar“, so Niklas Johne. Allerdings findet nur ein ausgebufftes Rechenverfahren die optimale Lösung in vernünftiger Zeit. „Ideal wäre es, alle Verdrehungen in einer Datenbank zu speichern und die kürzeste Lösung abzufragen. Doch würde man für die 43 Trillionen Würfelkonstellationen über 100 Terabyte Speicherplatz benötigen – und das lässt sich nicht in vernünftiger Zeit auslesen.“ Die Jury beurteilte Niklas' Arbeit als so überzeugend, dass sie ihm den 1. Preis in Technik zuerkannte. Niklas vertritt das MBG Anfang April beim Landeswettbewerb in Vilsbiburg . Zudem verlieh die Jury ihm den Sonderpreis für eine besonders strukturierte Arbeit.

 

Stau auf der Fahrradkellertreppe – Simone Jaud, Q 12

Jeden Tag bilden sich Staus auch auf der Treppe des Fahrradkellers des MBG, wenn bis zu 10 Schüler in einer Minute hinein oder hinaus wollen. Simone Jaud (Q12) beobachtete deren Entstehung in der Realität und simulierte sie anschließend mit einem Java-Programm. „Besonders wichtig war mir, die Realität möglichst genau abzubilden“, so Simone Jaud. So maß sie Fahrradgrößen und Schiebegeschwindigkeiten, bildete die Geometrie der Treppe präzise im Computer nach und übertrug wissenschaftliche Erkenntnisse der Verkehrsdynamik auf ihr Modell. Dieses ermöglicht die Geschwindigkeit der einzelnen Schüler, ihre Anzahl, den Mindestabstand, den sie einhalten, und ihre Ankunftszeit an der Treppe variabel zu gestalten und Auswirkungen auf die Stauzeiten zu ermitteln. „Mit dem Programm könnte man verkehrsdynamische Untersuchungen auch in Ausnahmesituationen wie einer Evakuierung durchführen und prüfen, ob der Fahrradkeller im Ernstfall besser geschlossen wird, wenn die benötigte Zeit nicht vorhanden wäre.“ Ihre Betreuungslehrerin Christine Seliger ist begeistert von der Sorgfalt und dem Zeitaufwand, den Simone betrieben hat. „Ihre gründliche Arbeitsweise ermöglicht eine fundierte Arbeit. Davon wird Simone im Studium und auch danach sehr profitieren.“ Die Jury belohnte Simones Untersuchungen mit einem Sonderpreis.

(Eckart Werner-Forster)

 

 

Schüler vom Max–Born–Gymnasium beim Regionalwettbewerb Jugend forscht am Münchner Flughafen (10 – 11.2.15)

Über 100 Jugendliche stellten sich der Herausforderung und reichten Ihre Projekte beim Regionalwettbewerb München Nord ein. Insgesamt 65 Arbeiten aus den Fachgebieten Arbeitswelt, Biologie, Chemie, Mathematik/Informatik, Physik und Technik wurden präsentiert.

Tobias Jaud mit dem schnellsten Material

Mit welcher Unterlage er am schnellsten rutschen kann, wollte Tobias Jaud (8e) wissen – in umfangreichen Experimenten ließ er Holzblöcke, deren Unterseite er mit verschiedenen Materialien überzogen hatte, eine Rampe hinuntergleiten. Die Geschwindigkeit bestimmte er mit Lichtschranken und errechnete daraus die Reibung. Seine Ergebnisse präsentierte er beim Regionalwettbewerb von Jugend forscht am Münchner Flughafen. Die Jury belohnte die wunderbar gestaltete und mathematisch anspruchsvolle Arbeit mit einem 2. Platz in der Kategorie Physik von „Schüler experimentieren“, der Junior-Version von „Jugend forscht“. Und Tobias weiß nun: am schnellsten rutscht Kunstrasen!

 

Johannes Lehner und Benjamin Plehn (beide 10c) bauten ein„kleines“ Aufwindkraftwerk an der Südfassade des Max-Born-Gymnasiums. Heiße Luft strömt durch einen 15 Meter hohen Kamin nach oben und treibt dort einen Generator an. Zahlreiche Generatortypen und Rotoren wurden dem Luftstrom ausgesetzt, der Anströmwinkel und die Elektrik angepasst und so die Leistung opitmiert. Da die Sonne im Winter nicht genug scheint, heizten die beiden zunächst mit einem Camping-Gasbrenner. „Im Sommer wollen wir das Kraftwerk dann mit Solarwärme betreiben“, erläutert Benjamin. Ihr großes Vorbild ist DesertTec, ein Aufwindkraftwerk, das in der Wüste ohne CO2 – Produktion Energie liefern soll. Für ihre ideenreiche Umsetzung wurden die Jungforscher mit dem Sonderpreis Umwelttechnik der Deutschen Bundesstiftung Umwelt belohnt.

Im Bereich Biologie traten die beiden mit ihrem zweiten Projekt an. Sie untersuchten, welche Lebensformen sich im Wasser der „Zisterne“ einer Bromelie ansiedeln. Sie fanden beispielsweise Algen und Pantoffeltierchen. „In Südamerika sind diese Pflanzen berüchtigt, da sich hier Malariamücken vermehren“, berichtet Johannes.

Simone Jaud (10b) entnahm dem Germeringer See Material und Wasser und beobachtete viele Wochen lang, wie sich in ihrem Modell eines Ökosystems die darin lebenden Mikroorganismen entwickelten. Sie unterschied Zonen, in denen Sauerstoff und Licht vorhanden waren von tieferen Schichten, in denen die Bewohner beispielsweise Sulfat reduzieren um davon zu leben. Besonderes Augenmerk legte sie auf die chemischen Prozesse, die zur Energiegewinnung dienen und die daraus entstehenden Bedingungen, welche zu typischen „Blüten“ bestimmter Bakterien führen können. Simones Arbeit macht es möglich, die Vorgänge im Biotop des Germeringer Sees zu verstehen und die Folgen von Einflüssen wie Gips oder Kalk zu untersuchen.
Die Jury bedachte diese Arbeit mit einem Sonderpreis.

Durch wissenschaftliche Neugier oder Spaß am Forschen kommen die Schüler auf faszinierende Ideen, verfolgen sie ausdauernd und präsentieren diese schließlich vor Fachleuten“, freuen sich die betreuenden Lehrer, Eckart Werner-Forster und Dr. Gottfried Schroll, über den Einsatz, den die Schüler in ihrer Freizeit erbringen.

(Eckart Werner-Forster)


Sechs Preise für sieben Jungforscher-Gruppen vom Max-Born-Gymnasium  2014

 von hinten links: Eckart Werner-Forster, Mirko Riedel, Stephan Widenmayer, Markus Kefeder, Johannes Lehner, Simone und Tobias Jaud; vorn: Philipp Jonsson, Daniel Gruber, Timon Barth,
Anne Lehner, Chiara Duschl;

Im Februar 2014 traten 134 Schüler in 80 Schülergruppen beim Regionalwettbewerb „JUGEND FORSCHT“ am Flughafen München an. 7 dieser Gruppen kamen vom Max-Born-Gymnasium in Germering (MBG) und gewannen insgesamt 6 Preise und Platzierungen.

Chiara Duschl (l.) und Anne Lehner vor
ihrer Farbbmischscheibe

Die jüngsten der 11 MBG-Schüler waren Anne Lehner und Chiara Duschl (beide 12 Jahre alt), die zwei Farbscheiben ineinander steckten und dann rasch rotieren ließen, so dass sie sich zu einer Mischfarbe vereinigten. Indem sie einen Computerbildschirm eine möglichst ähnliche Farbe anzeigen ließen, bestimmten sie die Rot- Grün- und Blau- (RGB-) Werte ihrer Mischung. Dabei fanden sie heraus, dass jeder Benutzer etwas unterschiedliche RGB-Werte wahrnimmt, die zusätzlich auch von der Beleuchtung abhängen. Beleuchtet man mit Glühlampenlicht, so ist der R-Wert erhöht, bei Licht von Leuchtstoffröhren der B-Wert. Die Jury belohnte diese Arbeit mit dem dritten Platz in der Kategorie für die Schüler unter 15 Jahren und verlieh zusätzlich einen Zeitschriftenpreis.

Simone und Tobias Jaud erhalten
ihre Auszeichnung

In der gleichen Kategorie kamen Simone (15) und Tobias Jaud (12) auf den 2. Rang. Sie untersuchten eine große Anzahl von bunten Spektrallinien von verschiedenen Gasen mit einem Spektrometer. Die Wellenlänge des Lichts berechneten sie nicht nur mit den üblichen Formeln, sondern gestalteten ein Computerprogramm, das die Wellen bildlich darstellt und anhand der verschiedenen Richtungen, in die das verschiedenfarbige Licht gebeugt wird, die Wellenlänge ermittelt.

Philipp Jonsson (17) präsentierte die Ergebnisse seiner Untersuchungen von Orchideen, die er unter Betreuung von Dr. Gottfried Schroll, dem Leiter seines W-Seminars, angefertigt hatte und für die er in intensiven Kontakt mit den Gärtnern der Gewächshäuser des botanischen Gartens in München trat. „Besonders beeindruckt mich die Raffinesse, mit der Orchideen sich mit Wasser aus feuchter Luft versorgen, wenn sie keine Wurzeln besitzen, die zum Boden reichen“, begeisterte sich Philipp.

Johannes Lehner macht eine
Glimmspanprobe auf Sauerstoff

Im Fachbereich Chemie zerlegte Johannes Lehner Wasser durch Elektrolyse in Sauerstoff und Wasserstoff, der als ein Energieträger der Zukunft gilt. „Wichtig ist hierbei vor allem der Anteil der aufgewendeten Energie, die bei der Zerlegung gespeichert wird und wiedergewonnen werden kann“, meinte Johannes. Seine Idee, den Druck, mit dem die Gase entstehen, zu verwenden, um Wasser anzuheben oder ein Windrad anzutreiben, belohnte die Jury mit dem Sonderpreis Umwelttechnik. Auch er wurde von Dr. Gottfried Schroll betreut.

Dass ein Schläger beim Badminton ein Vielhundertfaches der Erdbeschleunigung erfährt, konnte Daniel Gruber (18) mit seinem Computerprogramm nachweisen, das Videos in Einzelbilder zerlegt, auf denen man Orte beliebiger Objekte bestimmen kann. „Durch geschicktes Einfügen eines Maßstabes kann ich die Geschwindigkeit des Schlägers genau bestimmen“, so Daniel. Timon Barth (15) steuerte Ideen bei, wie die Erkennung eines Objekts automatisiert werden kann. Auch diese Arbeit belohnte die Jury mit einem Zeitschriftenpreis.

Mirko Riedel (18) untersuchte, wie Elektronen Energie an Quecksilberatome abgeben, wenn sie zunächst beschleunigt werden und dann mit ihnen zusammenprallen. Seine Ergebnisse passten nicht nur hervorragend zur Theorie, er konnte auch Abweichungen gut erklären. Darüber hinaus untersuchte er, wie viele Elektronen eine bestimmte Energie besitzen, indem er sie gegen eine negative Elektrode anlaufen ließ und die abstoßende Kraft allmählich erhöhte. Das so gewonnene Energiespektrum verwendete er wiederum, um die Resultate der Zusammenstöße zwischen Elektronen und Quecksilberatomen zu überprüfen. Mit dieser Arbeit erreichte Mirko den dritten Preis in der Kategorie für Schüler über 15 Jahre.

Stephan Widenmayer (l.) und Markus Kefeder
präsentieren ihr Wasserstromkreis-Modell

Wie viele Schüler haben schon damit gekämpft, dass man elektrischen Strom nicht sehen kann“, fragten sich Markus Kefeder und Stephan Widenmayer (beide 17). Sie entwickelten ein Wassermodell, in dem man die Grundgrößen Ladung, Stromstärke und Widerstand direkt erfahrbar machen kann – über die Analogie: zu Wasser, zu der in einer Sekunde vorbeifließenden Wassermenge und als Brett mit mehr oder weniger großen Bohrlöchern. „Das Highlight ihrer Arbeit aber ist, dass der Wasserpegel vor und hinter den Widerstandsbrettern die unanschaulichste Grundgröße verdeutlicht, nämlich die elektrische Spannung“, freut sich Eckart Werner-Forster, Betreuungslehrer des Wahlunterrichts Jugend forscht, der neben dieser noch vier weitere der angetretenen Gruppen des MBG coachte. Er will das gelungene Modell in seinem Physikunterricht einsetzen.

 


Max-Born-Schüler erfolgreich beim bayerischen Landeswettbewerb „Jugend forscht“ 2013

Die beiden angetretenen Gruppen des Max-Born-Gymnasiums (MBG) Germering waren beeindruckt von der Atmosphäre des bayerische Landeswettbewerbs „Jugend forscht“, die in Straubing stattfand. In der Joseph-von-Fraunhofer-Halle fand die Siegerehrung der 83 Jugendlichen, die mit 57 Forschungsprojekten angetreten waren, einen glanzvoll inszenierten Abschluss. Der Mentalist Dr. Florian Ilgen förderte bei überraschten Freiwilligen die Fähigkeit zum Gedankenlesen zu Tage – was die naturwissenschaftlich versierten Jugendlichen aufgrund genauer Beobachtungsgabe als technischen Trick erkannten. Dazwischen lockerte die Rapperin Fiva die Stimmung auf. Gedächtnisweltmeisterin Christiane Stenger trainierte mit Jugendlichen und Ehrengästen Techniken, wie man sich sicher und in der richtigen Reihenfolge unzählige Begriffe merken kann. Sie war zugleich die Glücksfee, die die Umschläge mit den Namen der Sieger öffnen durfte.

 

Sebastian Weiß (18) erreichte mit seiner Darstellung der Mandelbulbmenge am Computer den 2. Preis im Bereich Mathematik und Informatik. Ihm war es gelungen, die weitgehend hohlen Körper, die von dreidimensionalen mathematischen Gleichungen erzeugt werden, durch eine an diese Form angepasste hybride Speichertechnik so rasch zugänglich zu machen, dass selbst Millionen von Raumelementen in Echtzeit und drehbar auf dem Bildschirm dargestellt werden können. An die Oberfläche angeschmiegte Ebenen reflektieren dabei das Licht, was den stark strukturierten Körpern einen plastischen Eindruck verleiht. Für seine Leistung erhielt er als Sonderpreis zudem ein Forschungspraktikum am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt in Oberpfaffenhofen.

 

Die Gruppe aus Daniel Gruber, Patrick Lemke und Fabian Parzefall (alle 17 Jahre alt) konnte mit ihrer Software „Goma“ den dritten Preis im gleichen Bereich erzielen. Dr. Robert Christoph, Direktor des MBG schwärmt: „Das Programm ist so einfach wie eine Power-Point-Präsentation zu bedienen.“ Der Internetauftritt des Max-Born beruht seit diesem Schuljahr auf der Software der Jungforscher. Für alle gängigen Probleme haben die Schüler einfach zu handhabende, zuverlässige Lösungen gefunden, von Bildern über Berichte bis hin zur Organisation des Kartenverkaufs für das groß angelegte Theaterstück „Yellow Submarine“. „Inzwischen gibt es –zig Anwender, die ihren Webauftritt mit unserer Software gestalten“, freut sich Daniel. Jedem Interessierten steht die Software Goma zum freien Download zur Verfügung (http://goma-cms.org). Die drei Schüler dürfen sich überdies auf ein Forschungspraktikum im Bereich Mathematik / Informatik freuen, das sie als Sonderpreis gewannen. Ihre hervorragende Zusammenarbeit wurde mit dem Preis für eine herausragende Teamarbeit belohnt.

 

Um seine naturwissenschaftlichen Talente noch intensiver zu fördern bietet das MBG ab dem nächsten Schuljahr eine Forscherklasse ab der fünften Jahrgangsstufe an, in der besonders interessierte Schüler drei Jahre lang Projekte aus allen MINT-Bereichen verwirklichen und mit viel Spaß in die Arbeitsweise der Forschung eingeführt werden.

 

(Eckart Werner-Forster)

 

Dreifacher Erfolg des MBG am Regionalwettbewerb „Jugend forscht“ 2013

 

Gleich alle drei angetretenen Gruppen des Max-Born-Gymnasiums (MBG) in Germering haben beim Regionalwettbewerb „Jugend forscht“ am 27. und 28. Februar 2013 am Münchner Flughafen eine Platzierung erricht. Der zweite Preis im Bereich „Physik“ der Sparte „Schüler experimentieren“ (die Juniorsparte von Jugend forscht für Schüler bis 14 Jahre) ging an Johannes Lehner, Benjamin Plehn und Michael Dey (Klasse 8d) für den Bau eines elektrostatischen Staub- und Rauchfilters.

Einen Doppelsieg im Bereich Mathematik und Informatik vollbrachten Sebastian Weiß (Q12) mit seiner Arbeit zur Darstellung der Mandelbulb-Menge am Computer sowie die Gruppe aus Daniel Gruber (Q11), Patrick Lemke (Q11) und Fabian Parzefall (Q12) mit ihrer Software „Goma“.

Normalerweise können nicht zwei Gruppen im selben Gebiet einen ersten Preis erreichen. Die Jury war aber so überzeugt von der Qualität beider Arbeiten, dass sie dies ermöglichte. Beide Gruppen vertreten nunmehr das MBG beim Landeswettbewerb am 10. bis 12.4. in Straubing.

Die Gruppe der Achtklässler will mit ihrem selbst gebauten Apparat die Luft von Staub und Rauch reinigen. Dies ist insbesondere für Allergiker von Bedeutung. Dazu hatten die Schüler in der Mitte einer innen mit Alufolie ausgekleideten Pappröhre einen Draht gespannt und eine so hohe Spannung zwischen diese gelegt, dass von dem Draht positive Ladungen „versprüht“ wurden. „Diese heften sich an Staub- und Rauchteilchen, die dann von der negativen Alufolie angezogen werden und an ihr kleben bleiben“, erläutert Johannes. Der Rauchfilter funktioniert so gut, dass von dem Rauch einer Räucherkerze nichts mehr aus dem Rohr austritt, sobald der Filter zu arbeiten beginnt. Unter anderem hatten die Schüler den Rauchfilter mit einem Ventilator versehen, der Luft durch ihn hindurch zieht und ihn eine Woche lang am Stück getestet. „Die gelblichen Niederschäge auf der Alufolie zeigten deutlich, dass er perfekt arbeitet“, erläuterte Benjamin.

 

Sebastian hatte sich zum Ziel gesetzt, die Mandelbulbmenge, ein dreidimensionaler Verwandter der bekannten Mandelbrotmenge (berühmtester Vertreter: das Apfelmännchen), plastisch und in Echtzeit drehbar auf dem Computer darzustellen. Auf raffinierte Weise verknüpfte er zwei verschiedene Speichertechniken, um die weitgehend hohle Menge unter geringem Speicheraufwand raschestmöglich aufrufen zu können. Die leeren Innen- und Außenräume werden gestrichen, nur wo Voxel („Volumen-Pixel“) des Randes auftreten, wird mit Hilfe von Nachbarvoxeln eine Ebene eingepasst, an der der Computer Lichtstrahlen reflektieren lässt. So erreichte Sebastian dreidimensional wirkende Bilder der Menge, die er ohne zu ruckeln in alle Richtungen rotieren lassen kann. Die Jury zeigte sich beeindruckt von der tiefen Durchdringung der Probleme und ihrer geschickten Lösung.

 

Wer seine eigene Web-Site gestalten will, findet mit Goma (spanisch „Gummi“, steht für Flexibilität) ein Programm, das ihn dabei unterstützt. Die Gruppe um Daniel Gruber ist angetreten, eine Software bereitzustellen, die einfach zu bedienen, vielseitig anwendbar und flexibel an die eigenen Bedürfnisse anzupassen ist, die aber auch sicher und schnell geladen wird. „Der einfache Anwender ist daran interessiert, seine Inhalte angenehm und ohne großen Aufwand zu präsentieren. Er will nicht die Bedienung eines Programms erlernen“, erläutert Patrick. Daher greifen die drei Jungforscher auf Darstellungsweisen zurück, die von anderen Anwendungen geläufig sind und so intuitiv erfasst werden können. Goma bietet eine Vielzahl von Vorlagen, in die Bilder, Texte und Filme eingestellt werden können, aber auch Abfragen von Daten sind möglich. Durch einen Seitenbaum ist stets klar, wo in der Hierarchie der Seiten man sich befindet.

„Zugleich sind stets neue Entwicklungen für weitere Anwendungen möglich“, erklärt Fabian die Wünsche, die Programmierer an eine solche Software haben.

„Was immer wir die drei Goma-Entwickler fragten, stets hatten sie sich bereits gründlich Gedanken gemacht, getestet oder herausgefunden, warum es nicht möglich war“, lobte ein Jury-Mitglied die reflektierte Vorgehensweise und betonte, dass die Gruppe fantastisch zusammen arbeitet. Jedem Interessierten steht die Software Goma zum freien Download zur Verfügung (http://goma-cms.org).

 

Der Betreuungslehrer des Wahlunterrichts „Jugend forscht“ am MBG, Eckart Werner-Forster ist begeistert vom Einsatz der Schüler und von der Qualität der Arbeiten. „Sebastian und Daniel treten zum wiederholten Mal an“, berichtet er. „Inzwischen gehen sie souverän mit der ungewöhnlichen Situation um, sich als Experten vor den Spezialisten der Jury zu behaupten – eine Fähigkeit, die sie in ihrem Leben noch oft brauchen werden.“

 

(Eckart Werner-Forster)

 

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Wettbewerb Jugend forscht 2012

Wie kann man sein Getränk in einer Disco vor Manipulationen schützen?, fragten sich Mirko Riedel, Daniel Gruber und Adrian Schneider aus der 10c. 

Jugend forscht 2012
Mirko Riedel (l.), Adrian Schneider und Daniel Gruber

 

Immer wieder hört man Berichte von ahnungslosen Gästen, denen K.O.-Tropfen ins Glas gegeben wurde. Um sich zu schützen stellen vorsichtige Tänzer in der Disco ihr Getränk nicht mehr weg, auf der Tanzfläche schwappt dann schnell mal was über, der Boden wird zum Rutschbahn oder klebt ... 

Um diesen Problemen abzuhelfen entwickelten die Schüler für den diesjährigen Wettbewerb von Jugend forscht die Idee von einem Kühlschrank, der zugleich die Eigenschaften eines Schließfachs hat. Dabei griffen sie auf die bewährte Technik der RFID-Chips zurück, wie man sie oft in Schwimmbädern antrifft. Der Gast erhält einen Chip, den er wie eine Armbanduhr trägt und mit dem die von ihm konsumierten Speisen und Getränke registriert werden, so dass er erst beim Verlassen den Geldbeutel zücken muss. Zugleich dient der Chip als Öffner eines Spindschranks, in dem private Habseligkeiten deponiert werden.

„Erweitert man den Spind um die Funktion eines Kühlschranks, so lassen sich dort Getränke sicher und kühl verwahren“, erläutert Adrian. Um ihre Idee zu realisieren, stellten die drei Jungforscher einen Antrag auf finanzielle Unterstützung beim Bayerischen Sponsorpool, der auch prompt genehmigt wurde. Nach intensiven Bastelarbeiten mit Türen, Schlössern und einem Computer zur Steuerung konnten sie ihre Erfindung der Jury des Wettbewerbs präsentieren. Diese war beeindruckt von der Idee und verlieh den Sonderpreis für die praktischste Erfindung

„Faszinierend war für uns die Idee, zwei bekannte und erprobte Techniken zu einer neuen Anwendung zusammen zu führen“, beschreibt Daniel ihre Arbeit und wünscht sich, dass ihr sicheres System schon bald in Discos Einzug hält.

 

In einer Fernsehsendung sah Benjamin Plehn (7c) einen Sportler, der mit Hilfe von Saugnäpfen die Wand eines Staudamms hinaufkletterte. Eine genaue Analyse ergab aber, dass dies aus physikalischen Gründen unmöglich ist. Zum Einen war die Saugfläche zu klein, sie hätte einen Erwachsenen nicht sicher tragen können. Zum Zweiten könnte man die Saugnäpfe – trügen sie ihn überhaupt – nicht mehr von der Wand ablösen. Tatsächlich waren die Filmaufnahmen ein „Fake“, die Seile, die den Sportler hinaufzogen, waren nachträglich weg retuschiert worden.

 

Benjamin begeisterte seine Freunde Michael Dey und Johannes Lehner (beide 7d), funktionierende „Saugnäpfe“ zu bauen. „Dass dies im Prinzip geht, konnte uns unser Betreuer, Herr Werner-Forster, bestätigen“, erklärt Benjamin, „Ein Quadratzentimeter Fläche, unter der alle Luft herausgepumpt wurde, trägt theoretisch etwa 1kg.“

Die Schüler verwendeten zwei Bretter mit Griff und flanschten zwei Staubsauger an, die die Luft hinter den Brettern herausbeförderten. „Damit die Luft nicht nachströmen kann, dichten wir die Ränder mit Gummilippen ab“, erklärt Michael. „Schon bei kleiner Staubsaugerleistung drückt die äußere Luft die Bretter mit solcher Kraft an die Wand, dass wir sie auch mit Gewalt nicht mehr entfernen können.“ Das Brett trägt spielend einen Erwachsenen. Doch wie sollte man ein solches Brett wieder von der Wand entfernen?

 

 

„Wir haben einfach ein Loch in die Bretter gebohrt, das wir mit verschiebbaren Klappen verschließen“ erklärt Johannes. Mit dem Daumen kann man die Klappen, die sich unterhalb der Griffe befinden, bedienen. Bei geschlossener Klappe haftet das Brett. Öffnet man die Klappe, so strömt Luft zwischen Wand und Brett, das Brett löst sich und kann nach oben versetzt werden, während der Kletterer am zweiten Brett hängt. Durch abwechselndes Versetzen kann man im Prinzip jede Wand ersteigen, solange die Kabel der Staubsauger reichen.

„Wir haben einfach ein Loch in die Bretter gebohrt, das wir mit verschiebbaren Klappen verschließen“ erklärt Johannes. Mit dem Daumen kann man die Klappen, die sich unterhalb der Griffe befinden, bedienen. Bei geschlossener Klappe haftet das Brett. Öffnet man die Klappe, so strömt Luft zwischen Wand und Brett, das Brett löst sich und kann nach oben versetzt werden, während der Kletterer am zweiten Brett hängt. Durch abwechselndes Versetzen kann man im Prinzip jede Wand ersteigen, solange die Kabel der Staubsauger reichen.

(Eckart Werner-Forster)