Landessieger Baden-Württemberg

Landessieger Baden-Württemberg
47. Landeswettbewerb Baden-Württemberg
28. bis 30. März 2012, Stuttgart
� Arbeitswelt – Stand Nr. A4: Hippotherapie – Riding Horse
Urs Fabian Machtolf (18), Ispringen; Stefanie Braun (18), Neulingen-Göbrichen;
Artur Bühler (20), Ispringen
Felss GmbH, Königsbach-Stein
� Biologie – Stand Nr. B9: Wenn Fliegen nicht mehr hinter Fliegen fliegen...
Birgit Locher (19), Oberteuringen; Ulrike Dreher (19), Berg/Ravensburg
Edith-Stein-Schule, Ravensburg
� Chemie – Stand Nr. C4: Elektrolytische Wasserstoffraffination
Alexander Emhart (19), Riedlingen
Kreisgymnasium Riedlingen, Riedlingen
� Geo- und Raumwissenschaften – Stand Nr. G4: Stratosphärenballonprojekt: Durchführung
und Auswertung eines Fluges bis in 26km Höhe
Maximilian Fischer (19), Konstanz; Ruben Nicolin (18), Konstanz; Till Zorn (18), Konstanz
Heinrich-Suso-Gymnasium, Konstanz
� Mathematik/Informatik – Stand Nr. M1: b3 - Informationstechnik einer Regelung
Jan Rapp (19), Ostfildern; Timo Schmetzer (17), Ostfildern
Otto-Hahn-Gymnasium Nellingen, Ostfildern
� Physik – Stand Nr. P6: Wer klopft denn da? Physik eines besonderen Spechts
Tobias Schemmelmann (17), Lörrach; Lorenz Eberhardt (17), Weil am Rhein
Hans-Thoma-Gymnasium, Lörrach
� Technik – Stand Nr. T1: GTR-Print
Arthur Silber (19), Konstanz
Alexander-von-Humboldt-Gymnasium, Konstanz
� Interdisziplinäres Projekt – Stand Nr. M5: Kellner geschickt eingesetzt!
Katharina Börsig (16), Konstanz; Stefanie Börsig (18), Konstanz
Alexander-von-Humboldt-Gymnasium, Konstanz

Kurzfassung Stand A4
Fachgebiet Arbeitswelt
Thema Hippotherapie - Riding Horse
Teilnehmer: Name (Alter) Anschrift Schule / Institution / Betrieb
Urs Fabian Machtolf (18) 75228 Ispringen Felss GmbH
Königsbach-Stein
Stefanie Braun (18) 75245 Neulingen-Göbrichen Felss GmbH
Königsbach-Stein
Artur Bühler (20) 75228 Ispringen Felss GmbH
Königsbach-Stein
Betreuung: Herr Merkle
Ausgangssituation:
Eine Reittherapie hilft, beispielsweise schwerbehinderten Kindern, unter anderem wieder laufen zu
lernen. Dies geschieht durch das Training der Muskeln und des Gleichgewichtssinnes. Eine solche
Therapie ist für die Kinder in der Kinderklinik Schömberg nur bei guter Witterung und nur mit großem
Personal- und Zeitaufwand durchführbar.
Ziel:
Damit die Kinder auch bei schlechtem Wetter und ohne die Begleitung von mehreren Spezialisten
diese Therapie nutzen können, soll ein Therapiegerät entstehen. Ziel davon ist es, die Hippotherapie
zu ergänzen. Dieses Gerät soll die Bewegungen des Pferderückens realistisch simulieren.
Entwicklung / Umsetzung:
Dazu ist es erforderlich die Bewegungen des Pferdes zu vermessen und zu analysieren. Mit diesen
Erkenntnissen haben wir einen Simulator entwickelt und gebaut.
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47. Jugend forscht Landeswettbewerb Baden-Württemberg
28. bis 30. März 2012
Robert Bosch GmbH, Stuttgart
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Kurzfassung Stand B9
Fachgebiet Biologie
Thema Wenn Fliegen nicht mehr hinter Fliegen fliegen...
Teilnehmer: Name (Alter) Anschrift Schule / Institution / Betrieb
Birgit Locher (19) 88094 Oberteuringen Edith-Stein-Schule
Ravensburg
Ulrike Dreher (19) 88276 Berg/Ravensburg Edith-Stein-Schule
Ravensburg
Betreuung: Frau Schürmann, Frau Dr. Luther-Kirner
Groß- und Kleintierhaltern bereitet ein hohes Fliegenaufkommen in den Stallungen Probleme. Fliegen
im Stall verursachen Hygienemängel und führen zu einer Beeinträchtigung von Körper und Psyche
der Tiere. Wegen der Bedeutsamkeit dieses Problems werden viele Fliegenbekämpfungsmittel auf
dem Markt angeboten. Sie reichen von chemischen Insektiziden bis hin zu biologischen Präparaten,
die für Tier und Umwelt unbedenklich sein sollen. Ein solches ökologisches Produkt wird unter dem
Namen effektive Mikroorganismen (EM) vertrieben und vom Hersteller als eine Mischung aus
verschiedenen Mikroorganismen deklariert. EM sollen laut Hersteller das Fliegenaufkommen im Stall
erfolgreich bekämpfen. Wir wollen in unserer Arbeit überprüfen ob sich dieses Erfolgsversprechen
bewahrheitet. Unserer erkenntnisleitenden Frage „Haben EM einen Einfluss auf das
Fortpflanzungsverhalten von Stubenfliegen im Stall?“ wurde in verschiedenen Versuchsreihen sowohl
im Labor als auch im Schweinestall nachgegangen.
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47. Jugend forscht Landeswettbewerb Baden-Württemberg
28. bis 30. März 2012
Robert Bosch GmbH, Stuttgart
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Kurzfassung Stand C4
Fachgebiet Chemie
Thema Elektrolytische Wasserstoffraffination
Teilnehmer: Name (Alter) Anschrift Schule / Institution / Betrieb
Alexander Emhart (19) 88499 Riedlingen Kreisgymnasium Riedlingen
Partnerinstitution: Schülerforschungszentrum Südwürttemberg
Betreuung: Herr Heinzelmann
Wasserstoff gilt als Energieträger der Zukunft. Die Eigenschaft, dass dieser emissionslos verbrennt,
prädestiniert ihn als Stoff der zukünftigen Energieversorgung. Experten prognostizieren bereits für
das nächste Jahrzehnt die Wasserstoffmobilität. Allerdings existieren im Moment kaum Techniken zur
effizienten Herstellung, Raffination und Speicherung von Wasserstoff. Da die Gärung von Biomasse
zu Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid bekannt ist, versuche ich durch meine elektrolytische
Wasserstoffraffination eine Möglichkeit der Gewinnung von reinem Wasserstoff zu erschließen. Dabei
oxidiere ich diesen an der Anodenseite, sodass Wasserstoffionen entstehen. Diese können durch
eine Protonenaustauschmembran (PEM), wie wir sie auch in Brennstoffzellen vorfinden, hindurch
diffundieren. Diese Ionen reagieren dann auf der Kathodenseite wieder mit den Elektronen, so
entsteht reiner Wasserstoff. Für das Kohlenstoffdioxid ist eine Diffusion durch die Elektrolytmembran
unmöglich, da die Protonenaustauschmembran selektiv nur Protonen passieren lässt.
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28. bis 30. März 2012
Robert Bosch GmbH, Stuttgart
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Kurzfassung Stand G4
Fachgebiet Geo- und Raumwissenschaften
Thema Stratosphärenballonprojekt: Durchführung und Auswertung eines Fluges
bis in 26km Höhe
Teilnehmer: Name (Alter) Anschrift Schule / Institution / Betrieb
Maximilian Fischer (19) 78464 Konstanz Heinrich-Suso-Gymnasium
Konstanz
Ruben Nicolin (18) 78464 Konstanz Heinrich-Suso-Gymnasium
Konstanz
Till Zorn (18) 78467 Konstanz Heinrich-Suso-Gymnasium
Konstanz
Betreuung: Herr Dr. Wildfeuer
Ziel dieses Projektes war, die Machbarkeit eines eigenständigen Messfluges bis in die Stratosphäre
unter Beweis zu stellen. Dazu haben wir einen kommerziellen Wetterballon mit selbst entwickelter
Nutzlast ausgestattet, die während des Fluges sowohl kontinuierlich Messdaten (Zeit, Luftdruck,
Temperatur) und hochauflösende Kamerabilder aufzeichnete als auch über APRS-Datenfunk ein
Live-GPS-Signal aussendete. Ein Not-Peilsender sorgte für eine Nah-Ortungsmöglichkeit in
unwegsamen Gelände.
Die gesammelten Messdaten haben wir anschließend ausgewertet und analysisiert. Aufgrund einer
Hardwarebeschränkung des Handfunkgerätes besaßen wir keine GPS-Höhendaten zur
Datenkorrelation. Daher mussten wir die Höhe aus den Druckdaten rückberechnen, wobei wir dabei
das Modell der Internationalen Standardatmosphäre (ISA) verwendet haben. Trotz dieser
Schwierigkeiten (die unser ursprüngliches Ziel, eine komplett unabhängige Messung durchzuführen,
etwas einschränkte), haben wir schlussendlich doch sehr interessante Ergebnisse vorzuweisen.
Ein wichtiger Punkt bei der Datenauswertung im Rahmen einer wissenschaftlichen Arbeit ist die
Bestimmung der Messfehler und der Vergleich sowohl mit berechneten Werten als auch mit
Referenzdaten. Um die mittlere Ungenauigkeit festzustellen, haben wir zusätzlich eigene Messreihen
entwickelt. Vergleichsdatensätze von Ballonsondenaufstiegen des Deutschen Wetterdienstes
(Stuttgart, München) und MeteoSchweiz (Payerne) haben wir verwendet, um unsere eigenen
Messungen zu verifizeren und die ISA geauer zu untersuchen. Ebenso wie die berechneten Daten
stimmen sie im Rahmen der Messgenauigkeit gut mit unseren eigenen Messungen überein und
bestätigen diese. Berechnet und verglichen haben wir dabei Höhen-, Druck-, Temperatur-, sowie
Geschwindigkeitsprofile und zusätzlich konnten wir dabei die Genauigkeit des ISA-Modelles für
Höhenbestimmungen in Süddeutschland verbessern.
Für Mai 2012 planen wir eine zweite Nachfolgemission, wobei ein eigenständiger TNC (APRS-
Encoder) und ein erweitertes, komplett digital arbeitendes Messdatenaufzeichungssystem zum
Einsatz kommen. Als Highlight werden wir als Nutzlasttransporter für ein Experiment ("Quantum Key
Distribution in Space") der Quantum Optics Group des CQT der University of Singapore agieren,
bevor diese ihren Versuch im Rahmen des CubeSat-Programmes im Weltraum durchführen werden.
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47. Jugend forscht Landeswettbewerb Baden-Württemberg
28. bis 30. März 2012
Robert Bosch GmbH, Stuttgart
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Kurzfassung Stand M1
Fachgebiet Mathematik / Informatik
Thema b3 - Informationstechnik einer Regelung
Teilnehmer: Name (Alter) Anschrift Schule / Institution / Betrieb
Jan Rapp (19) 73760 Ostfildern Otto-Hahn-Gymnasium
Nellingen
Ostfildern
Timo Schmetzer (17) 73760 Ostfildern Otto-Hahn-Gymnasium
Nellingen
Ostfildern
Partnerinstitution: Kepler-Seminar für Naturwissenschaften
Betreuung: Herr Horlacher
Das Projekt besteht aus einer modularen Softwareanwendung für Regelungen und der
Implementierung einer Regelung selbst.
Diese Regelung wurde mit einer eigenen Software, die allgemein zum Entwickeln und Testen von
Regelungen konzipiert wurde, umgesetzt. Dabei wurde auf Flexibilität, Qualität und
Benutzerfreundlichkeit geachtet.
Die implementierte Regelung ist eine Platte, die in einer von uns gebauten Konstruktion, beliebig mit
Motoren um ihren Mittelpunkt gekippt werden kann. Ein Ball wird auf dieser Platte mit einer Tiefenbild
(3D) Kamera (Microsoft Kinect) erkannt und computergesteuert balanciert. Dabei handelt es sich um
eine Regelung sowie um ein Echtzeitsystem. Eine als Modul integrierte Simulation zu dieser
Regelung hilft zum Beispiel beim Testen und Entwickeln bei nicht vorhandenem Aufbau.
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47. Jugend forscht Landeswettbewerb Baden-Württemberg
28. bis 30. März 2012
Robert Bosch GmbH, Stuttgart
- 39 -

Kurzfassung Stand P6
Fachgebiet Physik
Thema Wer klopft denn da? Physik eines besonderen Spechts
Teilnehmer: Name (Alter) Anschrift Schule / Institution / Betrieb
Tobias Schemmelmann (17) 79539 Lörrach Hans-Thoma-Gymnasium
Lörrach
Lorenz Eberhardt (17) 79576 Weil am Rhein Kant-Gymnasium
Weil am Rhein
Partnerinstitution: phaenovum Schülerforschungsnetzwerk Dreiländereck
Betreuung: Herr Klein
In unserer Arbeit haben wir uns mit einem verblüffenden Spielzeug näher beschäftigt. Der sog.
„Klopfende Specht“ besteht aus einem kleinen Holzspecht, der über eine Feder mit einer Muffe
befestigt ist. Wird die Muffe über eine senkrecht stehende Stange nach oben geschoben und der
Specht kurz angetippt, so bewegt er sich ruckartig und klopfend die Stange hinunter. Durch eine
Videoanalyse der Dynamik konnten wir zunächst einzelne Phasen der Bewegung identifizieren. Mit
eigenen Modellen haben wir die für den Zusammenhang von Reibung- und Stoßprozessen
relevanten Parameter variiert und analysiert. Eine ausführliche theoretische Betrachtung der
Bewegungsgleichungen ermöglichte eine Simulation der physikalisch spannenden Vorgänge. Der
anschließende Vergleich zeigt, dass die theoretischen Ergebnisse sehr gut mit den Experimentellen
übereinstimmen.
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47. Jugend forscht Landeswettbewerb Baden-Württemberg
28. bis 30. März 2012
Robert Bosch GmbH, Stuttgart
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Kurzfassung Stand T1
Fachgebiet Technik
Thema GTR-Print
Teilnehmer: Name (Alter) Anschrift Schule / Institution / Betrieb
Arthur Silber (19) 78464 Konstanz Alexander-von-Humboldt-
Gymnasium
Konstanz
Betreuung: Herr Jenkner
7:50 Uhr: Mathe. Der GTR arbeitet auf Hochtouren: Schaubilder zeichnen, Integral berechnen,
Tangenten und Normalen - das ganze dann ins Heft übertragen.
9:40 Uhr: Physik. Messwerte eintippen, zeichnen lassen, Funktion interpolieren. Und das ganze muss
dann auch noch ins Heft.
Als Schüler kennt man das Problem: Man hat ein Schaubild, eine Rechnung, einen Rechenweg oder
eine Grafik auf seinem grafikfähigen Taschenrechner (GTR) und muss oder möchte diese gerne ins
Heft übertragen, entweder weil es für den Unterricht notwendig ist oder man den Bildschirminhalt
gerne zur Veranschaulichung neben den eigenen Aufschrieben haben möchte. Bislang bestand nur
die Möglichkeit, die Schaubilder oder Rechenwege per Hand, mehr oder weniger genau,
abzuzeichnen. Dies ist zum einen sehr ungenau, zum anderen fehlt den Schülern oft die Motivation
dies zu tun und ist an sich ein sehr zeitaufwändiger Prozess. Den Bildschirminhalt über ein Programm
über den PC auszudrucken ist für den Unterricht völlig impraktikabel.
Aufgrund eigener Erfahrung wollte ich diese Arbeitsschritte effizienter gestalten und den GTR besser
nutzbar machen. Um das leidige per-Hand abzeichnen einzusparen, kam mir die Idee, ein Gerät zu
entwickeln, welches genau das übernimmt: den Bildschirminhalt vom GTR mittels einem
Etikettendrucker (günstig, klein und portabel) auszudrucken und somit besser nutzbar zu machen.
Bevor das Gerät gebaut werden konnte, mussten zuerst die Kommunikationsprotokolle des GTRs
und Druckers entschlüsselt werden. Dazu verwendete ich Herstellersoftware, um verschiedene
Screenshots des GTRs auf dem Computer anzuzeigen und zu drucken, während ich den USB-
Datenverkehr mit einem Programm mitschnitt. Aus den so gewonnenen Daten konnte die Protokolle
ermittelt werden. Nachdem eine am PC geschriebene Testanwendung erfolgreich den
Bildschirminhalt auf Papier brachte, begann ich mit dem Bau des Geräts.
Das Gerät basiert auf einem AtMega Microcontroller auf einem Arduino-Entwicklungsboard, sowie
Erweiterungsplatinen für die USB-Funktionalität. Um mehrere USB-Geräte anschließen zu können,
wurden diese mit einem USB-Hub kombiniert.
Die Software wurde dann vom PC auf den AtMega migriert, wobei aufgrund der geringeren
Leistungsfähigkeit und RAM Anpassungen vorgenommen werden mussten. Nachdem Tests
erfolgreich verliefen, wurde die Technik in ein Gehäuse verbaut und mit Anschlüssen versehen.
Nun kann man einfach den GTR anschließen, erhält auf Tastendruck den Bildschirminhalt als Etikett
und kann dieses einfach ins Heft kleben. Aufgrund durch und durch positiver Resonanz seitens
Lehrer und Schüler werde ich das Gerät als Kleinserie bauen und vermarkten.
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47. Jugend forscht Landeswettbewerb Baden-Württemberg
28. bis 30. März 2012
Robert Bosch GmbH, Stuttgart
- 55 -

Kurzfassung Stand M5
Fachgebiet Mathematik / Informatik
Thema Kellner geschickt eingesetzt!
Teilnehmer: Name (Alter) Anschrift Schule / Institution / Betrieb
Katharina Börsig (16) 78467 Konstanz Alexander-von-Humboldt-
Gymnasium
Konstanz
Stefanie Börsig (18) 78467 Konstanz Alexander-von-Humboldt-
Gymnasium
Konstanz
Betreuung: Herr Siegmund
An einem heißen Sommertag sitzen wir in einem Restaurant, obwohl unsere Kehlen schon fast
austrocknen, dauert es ewig bis die Bedienung endlich bei uns vorbeikommt, um die Bestellung der
Getränke aufzunehmen. Kennen Sie das?
Genau über Situationen wie diese haben wir uns immer wieder geärgert und beschlossen, der Sache
in unserem „Jugend forscht“-Projekt auf den Grund zu gehen.
Dafür haben wir zuerst Kontakt zu unterschiedlichen Restaurants aufgenommen und uns über ihre
Arbeitsweise informiert. Dabei haben wir allerhand Dinge darüber erfahren, wie Restaurants
funktionieren und was im Hintergrund ohne Wissen des Gastes alles abläuft, um ihm den Besuch
angenehm zu gestalten.
Die Aufgabe unseres Projekts bestand darin eine Simulation zu entwickeln, die den Restaurant-Alltag
- aus dem Blickwinkel der Bedienung betrachtet - darstellt. Das bedeutet, es gibt Gäste, die das
Restaurant besuchen und dort – stark vereinfacht dargestellt - ein typisches Verhalten aufzeigen: Sie
bestellen, trinken, essen, bezahlen und gehen. Bei all diesen Schritten werden sie von der
Servicekraft bedient.
Wir haben anhand verschiedener Szenarien untersucht, wie sich die Verweildauer im Restaurant, die
Zufriedenheit des Gastes, der Umsatz des Restaurants und die Kapazität der Bedienung in
verschiedenen Situationen verhält.
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47. Jugend forscht Landeswettbewerb Baden-Württemberg
28. bis 30. März 2012
Robert Bosch GmbH, Stuttgart
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