Erlanger SchülerForschungsZentrum
für Bayern (ESFZ)

Projekte des Forschungscamps in den Faschingsferien vom 15.-19. Februar 2010

Hier finden Sie eine Übersicht über die Projekte, mit welchen sich die Schüler beim fünften Forschungscamp beschäftigt haben. Die Projektbeschreibungen wurden von den Schülern selbst angefertigt!

Vom Transistor zum Taschenrechner
	Aline Manescu Friedrich-Dessauer-Gymnasium Aschaffenburg Jonathan Roth Friedrich-Dessauer-Gymnasium Aschaffenburg Katja Gößmann Frobenius-Gymnasium Hammelburg Unser Ziel war es, aus logischen Schaltungen, wie z.B. XOR und NAND, einen Volladdierer zu bauen. Dazu verlöteten wir die einzelnen Bauelemente auf einer Platine, sodass eine komplexe Schaltung entstand. Gab man zwei Dualzahlen durch On/Off-Schalterbetätigung in ein Mäuseklavier ein, so erhielt man am Ende die Summe dieser beiden Werte, für uns als Aufleuchten von LED-Lämchen sichtbar. (Eingeschalteter Schalter entspricht dem Wert 1 im Binärsystem, also einem Leuchter der LED.) Der Volladdierer sollte Rechnungen wie z.B. 3 + 5 = 8 entspricht 11 + 101 = 1000, bewältigen können. Um auch die verwendeten Schaltgitter zu verstehen, bastelten wir zusätzlich eine OR-Schaltung. Da es zu aufwändig gewesen wäre, einen Volladdierer mit 8-Bits zu verlöten, entwarfen wir anhand des Programmes Eagle einen Schaltplan, wodurch ein maschinelles Ätzen der Platine ermöglicht wurde.
Der elektronische Würfel
	Aline Manescu Friedrich-Dessauer-Gymnasium Aschaffenburg Jonathan Roth Friedrich-Dessauer-Gymnasium Aschaffenburg Katja Gößmann Frobenius-Gymnasium Hammelburg In unserem zweiten Projekt bastelten wir nach einem dreiteiligen Schaltplan einen elektronischen Würfel aus Einschalter, Taktgenerator und Zähler. Betätigte man an einem Ende der Schaltung einen Knopf, so wurde durch ICs eine Frequenz erzeugt, die bei jeder Schwingung die Augenzahl des Würfels - angezeigt durch LED-Lämpchen - veränderte und schließlich bei einem zufälligen Wert stehen blieb.
Blitzspektroskopie
	Katharina Hacker Emil-von-Behring-Gymnasium Spardorf Blitze - wer findet dieses einzigartige Naturereignis nicht faszinierend? Seit Jahrhunderten beschäftigen sich Wissenschaftler schon mit diesem Thema, dennoch gibt es noch einige Unklarheiten in seiner Erforschung. In meinem Versuch habe ich Blitze (von einer Wimshurstmaschine erzeugt) im Bezug auf ihr Spektrum untersucht. Das Licht der Blitze gelangt durch eine Spaltblende auf eine Linse, die das Licht bündelt und durch ein Gitter wirft. Letzten Endes sind die Spektrallinien auf einem Schirm zu erkennen. Meinen Versuchsaufbau habe ich zunächst mit einer Quecksilberdampflampe überprüft um anschließend auch die Spektren zu vergleichen. Die Spektrallinien der Blitze sind mit dem bloßen Auge nicht zu erkennen, weshalb ich sie fotographiert habe (Belichtungszeit 60 sec.). Danach waren einige bläuliche und eine grüne Linie zu erkennen, die auf Stickstoffmoleküle und Stickstoffionen hindeuten lässt. Bis ich zu diesem Ergebnis kam, musste ich allerdings einige Probleme lösen (bei denen mir unsere Betreuer jederzeit zur Seite standen =) =. Zu Beginn war es schwer einen Aufbau zu konstruieren, durch den genug Licht auf den Schirm gelangt (was viel Ab- und wieder Aufbauen bedeutet). Zuletzt habe ich die zwei Spektren (Blitze und Quecksilber) am Computer verglichen und anschließend ausgedruckt. Ich konnte keine Spuren von Sauerstoff erkennen, was vermutlich an der geringen Konzentration in der Luft liegt. Alles in Allem habe ich Einiges über Blitze und Optik in den fünf Tagen gelernt und bin zufrieden mit meinen guten Versuchsergebnissen (und immer schön kurbeln! :) ).
Aerodynamik: Analyse von Flügel- und Spoilerprofilen im Windkanal
	Mathias Schillmaier Gymnasium Waldkraiburg Cassian Stanjek Celtis-Gymnasium Schweinfurt Während unserer spannenden und interessanten Woche im ESFZ in den Faschingsferien 2010 haben wir uns der Aerodynamik von Flugzeugen und Spoilern verschrieben und entsprechende Flügel- und Spoilerprofile im Windkanal analysiert. Ziel unserer Messungen war es, das Prinzip, warum ein Flügel fliegt und ein Spoiler das Fahrzeug auf der Straße hält, nachvollziehen und verstehen zu können. Maßgeblich haben wir uns dabei mit der Theorie von Bernoulli auseinandergesetzt, welche besagt, dass der Auftrieb am Flügel durch unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten der Luft um das Profil entsteht. Es entsteht ein Unterdruck auf der Flügeloberseite, der das Flugzeug nach oben ,,zieht" und ein Überdruck an der Unterseite, der es nach oben ,,drückt". Da ein Spoiler vom Prinzip her ein umgedrehter Flügel ist, ergibt sich für das Spoilerprofil ein Abtrieb oder Anpressdruck, das Fahrzeug ,,haftet" an der Straße. Diese Theorie ist natürlich nicht der Weisheit letzter Schluss, aber ein guter Einstieg in die Welt der Aerodynamik und der Strömungslehre, die im klassischen Schulunterricht leider viel zu kurz kommen. Bei unseren Experimenten haben wir einige klassische Flügel- und Spoilerprofile aus Styrodur hergestellt und in verschiedenen Anbringungen getestet und anschließend eigene Modelle aus Holz entworfen, zum Beispiel den typischen Flügel eines früheren Doppeldeckers. Die Luftströmung des Windkanals konnten wir mit einer Nebelmaschine sichtbar machen, sodass die Strömung um das Profil relativ gut zu erkennen waren. Daraus haben wir dann das Prinzip von Bernoulli abgeleitet und uns ausführlicher mit dessen Theorie beschäftigt. Wir haben in dieser Woche viel Interessantes und Spannendes gelernt und können nun anschaulich erklären, warum ein Flugzeug fliegt und ein Fahrzeug mit Spoiler nicht abhebt. Vielen Dank an die Damen und Herren des ESFZs, die uns bei allen Problemen mit Rat und Tat zur Seite gestanden haben und uns super unterstützt haben. Unsere Arbeit hat uns richtig Spaß gemacht! Sollte sich diese Gelegenheit wieder bieten, so wollen wir beide wieder an einem ESFZ teilnehmen und eventuell an unseren Flügel- und Spoilerprofilen weiterforschen oder eine neue Herausforderung annehmen!
Indirekte Treffer im Basketball
	Irmgard Brandlhuber Maximilian-von-Montgelas-Gymnasium Vilsbiburg An jeder Basketballkorbanlage ist auf dem Brett ein Rechteck eingezeichnet, das als Zielhilfe dienen soll für die Körbe, die nicht direkt, sondern über das Brett erzielt werden. Wenn man das Rechteck trifft, sollte der Ball reingehen. Mein Ziel war es, eine genauere Form statt des Rechtecks zu finden, denn es erschien mir recht unwahrscheinlich, dass der Bereich des Brettes, von dem aus man in den Korb trifft, ausgerechnet rechteckig ist. Zunächst versuchte ich, meinem Ziel rechnerisch näher zu kommen. Da sich dies als relativ kompliziert herausstellte, beschränkte ich mich zunächst auf einen Wurf, der direkt vor dem Korb ausgeführt wird. Dabei wurde schnell klar, dass es zwar auf dem Brett Bereiche gibt, von denen aus man leichter in den Korb treffen kann, aber prinzipiell von jedem Punkt aus ein Treffer möglich ist. Nach der Ausweitung der Rechnungen, die auch seitliche Würfe mit einbezieht, führten wir in einer Sporthalle mithilfe von Kameras Messungen durch.
Wasser unter Spannung
	Jeremias Steinbauer Ignaz-Günther-Gymnasium Rosenheim Ich habe mein Experiment vom letzten ESFZ fortgesetzt. Dabei ging es darum, eine Wasserbrücke zwischen zwei Gefäßen zu erstellen, indem man in diese deionisiertes Wasser füllt und eine hohe Gleichspannung anlegt. Dann springt zunächst ein Blitz über und kurz darauf bildet sich die zylinderförmige Brücke aus. Ich untersuchte zunächst, welche Höhen die Brücke überwinden kann, bevor sie zusammenbricht. Danach war mir aufgefallen, dass in der Brücke ein Wasserfluss vonstatten geht. Doch mit normalen Farbstoffen kann man das Wasser nicht färben, da sonst Ionen hinein gelangen und die Brücke zusammenbricht. Mit Bromphenolblau gelang dann die Visualisierung des Flusses. Desweiteren maß ich die maximal mögliche Länge bei verschiedenen Temperaturen. Doch abgesehen von unregelmäßigen Schwankungen, die vermutlich von Meßungenauigkeiten herrühren, konnte ich keine merklichen Änderungen der Länge feststellen. Nur die Dicke der Brücke nahm bei zunehmender Temperatur ab. Ich versuchte dann noch festzustellen, ob die Wasserbrücke die Polarisation des Lichtes verändert, doch dieses Experiment fiel negativ aus.
Drahtlose Stromübertragung
	Kerstin Söllner wodego GmbH Markus Wittl wodego GmbH Kerstin und Markus wollten mithilfe eines Schwingkreises elektrische Energie drahtlos übertragen. Als Anreiz diente eine Präsentation von Intel, die eine 60W Glühbirne über eine Entfernung von 60cm zum Leuchten brachten. Der Schwingkreis muss mit der richtigen Frequenz betrieben werden, damit dieser in Resonanz ist und zu Schwingen beginnt. Eine Empfängerspule muss dadurch zum Schwingen angeregt werden, damit die elektrische Energie drahtlos übertragen wird.
Drahtlose Energieübertragung durch einen Hochfrequenz-Gegentakt-Mosfet_Oszillator
	Philipp Winter Maristenkolleg Mindelheim Eicke Hecht Gymnasium Olching Beschreibung folgt.
Magnuseffekt
	Florian Ettlinger Franz-Marc-Gymnasium Markt Schwaben Ein sich drehender Zylinder erfährt in einer Strömung eine Querkraft. Dieser nach seinem Entdecker Gustav Magnus benannte Effekt lässt sich am einfachsten mit den Bernoulli-Gleichungen erklären. Im Internet finden sich jedoch auch Behauptungen (leider aus nicht seriösen Quellen), dass die Erklärung durch die Bernoulli-Gleichungen unzureichend ist und vielmehr entstehende Wirbelschleppen für die Magnus-Kraft verantwortlich sind. Im ESFZ untersuchte ich daher was für Wirbel an einem sich im Windkanal drehenden Zylinder entstehen.
Die 0-Watt-Stand-by-Schaltung
	Jakob Sturm Gymnasium München/Moosach Markus Frembs Gymnasium Herzogenaurach Ich habe in der Woche versucht mein Projekt fertigzustellen. Es soll wie ein Netzschalter funktionieren, den man vor einen Fernseher schalten kann, und man den Fernseher mit der Fernbedienung anschalten kann. Dies funktioniert ohne Strom aus der Steckdose und nur mit Energie aus einer Solarzelle. Sobald der Fernseher wieder ausgeschaltet wird und er sich in den Standby-Modus setzt, wird das von einem Stromsensor erkannt und der Fernseher vom Netz getrennt.
Visualisierung von Musik - Bau eines Frequenzanalysators
	Johannes Melcher Gymnasium Neutraubling Ich habe während des Aufenthalts am ESFZ an einem Projekt gearbeitet, das mir schon länger im Kopf schwebte, nämlich eine Anzeige zu bauen, die die Höhen, Mitten, und Tiefen von Musik, die aus einer Stereoanlage kommt, mit LEDs darzustellen. Hierzu baute ich eine Filterschaltung, aus RC-Gliedern, um die Musik in die gewünschten Frequenzbereiche aufzutrennen und schaltete dahinter eine selbst gebaute Anzeige um mir die Lautstärke dieser Bereiche anzeigen zu lassen.
Holografische Verfahren
	Christian Diedrich Ohm-Gymnasium Erlangen Aufnahme von Transmissions- und Weißlichtreflexionshologrammen mit verschiedenen Aufbauten. Es wurden Versuchsreihen mit verschiedenen Belichtungszeiten und leichten Variationen am Aufbau durchgeführt: die Hologramme wurden anschließend entwickelt und verglichen.
Das Helios-Projekt - Die Verbesserung eines Sonnenkollektors
	Sven Dwulecki Gymnasium Ernestinum Coburg Fortführung des Projektes an zwei Wochenenden am ESFZ.