Kurzfassungen auf einen Blick - Merck Jugend forscht
Kurzfassungen auf einen Blick - Merck Jugend forscht
Kurzfassungen auf einen Blick - Merck Jugend forscht
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Kurzfassung Stand 1<br />
Thema Das Raketengirlsteam<br />
30 Jahre <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong> @ <strong>Merck</strong>; Hessischer Landeswettbewerb am 14. und 15. März 2012<br />
www.merck.de/jugend-<strong>forscht</strong><br />
Fachgebiet Arbeitswelt<br />
Teilnehmer: Name (Alter) Anschrift Schule/Institution/Betrieb<br />
Fiona Hahn (14) 63477 Maintal Otto-Hahn-Schule<br />
Hanau<br />
Michelle Ocker (14) 63454 Hanau Otto-Hahn-Schule<br />
Hanau<br />
Vanessa Mujdzic (15) 63450 Hanau Otto-Hahn-Schule<br />
Hanau<br />
Betreuung: Herr Dr. Centner<br />
Ort der Projekterstellung: Otto-Hahn-Schule<br />
Technik kann auch Mädchen begeistern. Dies wollen wir in unserem Projekt "Raketengirlsteam" zeigen. Ziel ist<br />
die Konstruktion und der Bau von Hochleistungswasserraketen. Dabei machen wir umfangreiche Tests aus den<br />
Bereichen:<br />
� Grundlagen der Materialkunde<br />
� Grundlagen der Physik<br />
� Grundlagen der Luft- und Raumfahrttechnik<br />
und erlernen den Umgang mit technischen Geräten und Materialien.
Kurzfassung Stand 2<br />
Thema Der frühe Vogel kann mich mal! – Faktoren für eine gute<br />
Konzentrationsfähigkeit<br />
30 Jahre <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong> @ <strong>Merck</strong>; Hessischer Landeswettbewerb am 14. und 15. März 2012<br />
www.merck.de/jugend-<strong>forscht</strong><br />
Fachgebiet Arbeitswelt<br />
Teilnehmer: Name (Alter) Anschrift Schule/Institution/Betrieb<br />
Laura Hoven (19) 35119 Rosenthal Edertalschule<br />
Frankenberg/Eder<br />
Hanna-Lena Wilhelm (18) 35066 Frankenberg Edertalschule<br />
Frankenberg/Eder<br />
Betreuung: Herr Croll<br />
Ort der Projekterstellung: Edertalschule<br />
In unserer Arbeit haben wir uns mit der Fragestellung beschäftigt, wie sich die Konzentrationsfähigkeit im<br />
Tagesverl<strong>auf</strong> ändert und von welchen anderen Faktoren sie abhängig ist. Hierzu benutzten wir <strong>einen</strong> Online-<br />
Fragebogen und ein selbst entworfenes Reaktionsprogramm am Computer, womit wir an drei Tagen über 1000<br />
Schüler unserer Schule zwischen 11 und 19 Jahren testeten, so dass unsere Ergebnisse statistisch gut belegt<br />
sind und damit eine hohe Aussagekraft besitzen.<br />
Das Alter der Testteilnehmer stellte sich als der überragende Faktor dar, dem in der Auswertung alle anderen<br />
zugeordnet werden mussten. Zudem bestätigte sich, dass müde, gestresste oder kranke Probanden deutlich<br />
schlechter abschnitten, als die Kontrollgruppe. Wir konnten zeigen, dass eine Tagesverl<strong>auf</strong>skurve stark von den<br />
institutionellen Gegebenheiten (bei uns: Große Pausen, Doppelstunden, Mittagspause) abhingen und dass<br />
Pausen eine deutliche Steigerung der Konzentrationsfähigkeit bewirken. Des Weiteren konnten wir den<br />
negativen Einfluss von Alkohol und Nikotin <strong>auf</strong> die Konzentrationsfähigkeit zeigen. Eine hohe Konzentrationsfähigkeit<br />
korrelierte mit guten Zeugnisnoten in verschiedenen Fächern und eine regelmäßige sportliche<br />
Betätigung wirkte sich ebenfalls positiv aus. Das überraschendste Ergebnis war jedoch, dass neben einem<br />
Schlafdefizit schon ein geringer Schlafüberschuss zu deutlich schlechteren Leistungen führte. Ein zu frühes zu<br />
Bett gehen, z.B. vor einer Prüfung, Präsentation oder wichtigen Besprechung wirkt sich daher sogar nachteilig<br />
aus.<br />
Die meisten unserer Ergebnisse lassen sich auch von der Schule <strong>auf</strong> die Arbeitswelt übertragen, so dass<br />
unsere Empfehlungen nicht nur an Schüler, sondern z. B. auch an Arbeitnehmer bzw. die betreffenden<br />
Unternehmen gerichtet sind.
Kurzfassung Stand 3<br />
Thema Diebstahlsicheres Fahrradständersystem<br />
30 Jahre <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong> @ <strong>Merck</strong>; Hessischer Landeswettbewerb am 14. und 15. März 2012<br />
www.merck.de/jugend-<strong>forscht</strong><br />
Fachgebiet Arbeitswelt<br />
Teilnehmer: Name (Alter) Anschrift Schule/Institution/Betrieb<br />
Yorn Merz (17) 64297 Darmstadt Schuldorf Bergstraße<br />
Seeheim-Jugenheim<br />
Yannik Wilfinger (16) 64297 Darmstadt Schuldorf Bergstraße<br />
Seeheim-Jugenheim<br />
Betreuung: Herr Haxel<br />
Ort der Projekterstellung: Schuldorf Bergstraße<br />
Idee und Fragestellung:<br />
Fahrradfahrer haben heutzutage mit vielen Problemen zu kämpfen. Aus unterschiedlichsten Gründen, die später näher<br />
erläutert werden, fahren viele Menschen mit dem Auto anstatt mit dem Fahrrad zu fahren.<br />
Aufgrund dessen suchten wir eine Möglichkeit das Fahrrad für den Bürger attraktiver zu machen. Dafür mussten uns zuerst<br />
die Probleme der Fahrradfahrer bewusst werden. Diese sind vielfältiger als wir zunächst angenommen haben:<br />
Das größte Problem stellt die zu geringe Diebstahlsicherheit der herkömmlichen Schlösser dar, so dass Fahrräder oftmals<br />
gestohlen werden. Aber auch die Fahrradständer bereiten einige Probleme. So haben viele Ständer <strong>einen</strong> hohen<br />
Platzbedarf, wodurch an einer Stelle nur eine geringe Anzahl gebaut werden kann. Das führt dazu, dass die Fahrradständer<br />
häufig belegt sind und es keine Möglichkeit gibt, das Fahrrad abzuschließen. Zusätzlich haben viele Ständersysteme <strong>einen</strong><br />
hohen Materialbedarf, wodurch die Kosten für die Stadt/die Gemeinde bei der Einführung eines Systems sehr hoch sind.<br />
Uns wurde klar, dass wir ein komplett neues Fahrradständersystem entwerfen müssen, um uns diesen Problemen stellen zu<br />
können. Die Frage war: Wie kann man <strong>einen</strong> platz- und materialsparenden Fahrradständer bauen, der zusätzlich noch<br />
diebstahlsicher ist?<br />
Vorgehensweise:<br />
Um uns dieser Fragestellung zu stellen, fertigten wir einige Skizzen an, die unsere grundlegenden Ideen darstellen sollten.<br />
Wir zeichneten ein zweiteiliges Ständersystem, das zum <strong>einen</strong> aus einem Teilstück am Fahrrad und zum anderen aus<br />
einem Teilstück am Boden besteht.<br />
Das Teilstück am Fahrrad ist ein einfaches Rohr, das am unteren Ende des Rahmens (Tretlager) befestigt ist. Das Teilstück,<br />
das im Boden verankert werden muss, hat <strong>einen</strong> halbkugelförmigen Abschluss am oberen Ende, so dass es gut in das Rohr<br />
am Fahrrad übergehen kann. Das Sicherungssystem besteht aus einem Druck-Bolzenschloss, das am Teilstück des<br />
Fahrrads befestigt wird und so die Konstruktion abschließt.<br />
Dar<strong>auf</strong>hin bauten wir <strong>einen</strong> ersten Prototyp. Dieser bestand aus zwei Plastikrohren, die wir am Fahrrad und am Boden<br />
befestigten. Der Bau des Prototyps bot uns <strong>einen</strong> ersten Einblick für unser späteres Endergebnis und wir entdeckten einige<br />
Probleme, die wir beseitigen mussten. So mussten wir das Problem der nicht gewehrleisteten Diebstahlsicherheit lösen, da<br />
unsere Konstruktion über kein Schlosssystem verfügte. So entwickelten wir die Idee, ein Schloss direkt an dem Rohr des<br />
Fahrrades zu integrieren. Dazu redeten wir mit einem Schlosser, der uns ein einfaches Bolzen-Druckschloss empfahl. Mit<br />
diesem Schlosssystem ist es möglich, ein Fahrrad an dem Teilstück am Boden ohne großen Aufwand abzuschließen.<br />
Dar<strong>auf</strong>hin verbesserten wir unser System nur noch geringfügig und begannen mit dem Bau eines zweiten Prototyps, der<br />
erstmals aus Metall bestehen sollte. Dieser Prototyp simulierte dann unser vollständiges System und wir kamen zu dem<br />
Schluss, dass unsere Idee voll umsetzbar ist. Der neue Prototyp hatte nun Einkerbungen für den Bolzen des Schlosses und<br />
Fortsätze am unteren Teil, <strong>auf</strong> denen der obere <strong>auf</strong>setzen kann.<br />
Ergebnisse:<br />
Nach unseren Entwicklungen und Untersuchungen hatten wir ein neues Fahrradständersystem gebaut, das viele Vorteile für<br />
den Bürger bringt:<br />
• Unser System ist bedeutend platzsparender als die aktuellen Ständer, wodurch viele Ständer nebeneinander gebaut<br />
werden können. Das würde auch das Problem lösen, dass Fahrradfahrer häufig k<strong>einen</strong> Platz für ihr Fahrrad finden, da es<br />
mit unserem System viele Fahrradständer an einem Ort geben könnte.<br />
• Zusätzlich ist unser Ständer gegenüber den aktuellen sehr materialsparend, so dass die Kosten, die durch die Material-<br />
und Installationskosten entstehen, gesenkt werden.<br />
• Außerdem haben wir die Sicherheit für Fahrräder verbessert, da unser Schlosssystem direkt am Fahrrad befestigt ist.<br />
Somit entsteht eine feste und sichere Verbindung zwischen dem Fahrrad und der Ständerkonstruktion, die<br />
<strong>einen</strong> vollständigen Diebstahl des Fahrrads unmöglich macht.
Kurzfassung Stand 4<br />
Thema Reduzierte Strahlenbelastung bei Zahnfilm<strong>auf</strong>nahmen<br />
30 Jahre <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong> @ <strong>Merck</strong>; Hessischer Landeswettbewerb am 14. und 15. März 2012<br />
www.merck.de/jugend-<strong>forscht</strong><br />
Fachgebiet Arbeitswelt<br />
Teilnehmer: Name (Alter) Anschrift Schule/Institution/Betrieb<br />
Sarah-Maria Hahnfeldt (21) 35041 Marburg Zahnklinik Marburg, Lehr-<br />
bereich Propädeutik<br />
Marburg/Lahn<br />
Milan Schade (21) 35102 Lohra Uni Marburg, Technische<br />
Werkstätten Feinmechanik<br />
Marburg<br />
Betreuung: Herr Ltd. OA. Prof. (apl.) Dr. Gente<br />
Ort der Projekterstellung: Zahnklinik Marburg, Lehrbereich Propädeutik<br />
Beim dentalen Röntgen wird zu diagnostischen Zwecken ein Zahnfilm benutzt, der die Abbildung eines<br />
Ausschnittes aus dem Kiefer des Patienten ermöglicht. Dabei fiel uns <strong>auf</strong>, dass das bestrahlte Feld im Patienten<br />
größer ist als die Fläche des Zahnfilmes, womit sichergestellt ist, dass obwohl Röntgenstrahlenfeld und Film<br />
ohne mechanische Verbindung zueinander ausgerichtet werden, trotzdem der gesamte Film belichtet wird.<br />
Nach unseren Messungen tragen aber zwischen 52% und 76% der in den Patienten eingestrahlten Röntgendosis<br />
nicht zum Bild, sondern nur zu seiner Strahlenbelastung bei. Wir fragten uns deshalb, inwieweit man das<br />
Strahlenfeld eingrenzen, also die Belastung reduzieren und dennoch den gesamten Film zuverlässig belichten<br />
kann.<br />
Um das herauszufinden, haben wir <strong>einen</strong> konventionellen Tubus, das ist ein Vorsatz für das Röntgengerät zur<br />
Eingrenzung des Strahlenfeldes, verwendet und die Röntgenstrahlenquelle durch eine weiße LED ersetzt. So<br />
konnten wir das Strahlenfeld als Lichtfeld direkt sehen und mit dieser Simulationseinrichtung eine Blende<br />
konstruieren, die das Strahlenfeld theoretisch <strong>auf</strong> die Fläche des Röntgenfilmes minimiert. Damit das Feld den<br />
Zahnfilm genau trifft, haben wir eine Verbindung zwischen unserem selbst modifizierten Tubus und einem<br />
konventionellen Filmhalter entwickelt. Diese Verbindung ist gut arretierbar und trotzdem leicht lösbar, so dass<br />
sie in der Praxis einsetzbar ist, da es unser Ziel ist, die unnütze Strahlung im klinischen Alltag <strong>auf</strong> weniger als<br />
10% zu reduzieren.<br />
Unser verbessertes Blenden-Filmhaltersystem kann auch in gleicher Weise für die Reduktion der Strahlenbelastung<br />
bei digitalen Röntgen<strong>auf</strong>nahmen genutzt werden. Auch bei diesem System ist die bestrahlte Fläche<br />
weitaus größer als die des digitalen Sensorsystems.
Kurzfassung Stand 5<br />
Thema Vom Smart Grid zum Smart Home – Das sprachgesteuerte Haus<br />
30 Jahre <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong> @ <strong>Merck</strong>; Hessischer Landeswettbewerb am 14. und 15. März 2012<br />
www.merck.de/jugend-<strong>forscht</strong><br />
Fachgebiet Arbeitswelt<br />
Teilnehmer: Name (Alter) Anschrift Schule/Institution/Betrieb<br />
Tobias Hofmann (19) 34131 Kassel PhysikClub Kassel<br />
Kassel<br />
Betreuung: Herr von Gizycki<br />
Ort der Projekterstellung: PhysikClub Kassel<br />
Jeden Morgen ist es in vielen Haushalten dasselbe Spiel. Man schaltet seine Kaffeemaschine an und wartet<br />
erst einmal, bis sie <strong>auf</strong>geheizt ist. Wenn es dann soweit ist, kommt es oft vor, dass der Wassertank leer ist, die<br />
Bohnen ausgegangen sind oder der Abfalltank überfüllt ist.<br />
Doch was wäre, wenn die Kaffeemaschine schon in Betrieb gesetzt wird, wenn man <strong>auf</strong>steht? Was, wenn sich<br />
der Wassertank selber füllt, sich der Abfall selbst in den Abfalleimer bringt und die Bohnen sehr viel länger<br />
halten, und man nicht erst nach dem richtigen Knopf suchen muss?<br />
Viele der heutigen Hausautomationssysteme sind dar<strong>auf</strong> ausgelegt, Energie zu sparen und Licht einzelner<br />
Räume an- oder auszuschalten und meist nicht mit Sprachbefehlen steuerbar. Hingegen steht das Ansteuern<br />
einzelner Endgeräte, z.B. der genannten Kaffeemaschine, nicht im Vordergrund. Diese Lücke zwischen<br />
Energieeffizienz und Komfort zu schließen ist die Intention dieses Projektes. Die Bedienung soll auch via<br />
Sprachbefehl möglich sein, da dies angenehmer ist, als per Knopfdruck. Als Inspiration wurde der Replikator<br />
aus Star Trek herangezogen, da er viele Elemente einer vollautomatisierten Küche in einem innovativen Haus<br />
in sich vereint.<br />
Durch die Einbindung eines solchen Automationssystems in die Kaffeemaschine läuft das morgendliche<br />
Aufstehen wie folgt ab:<br />
Man steht <strong>auf</strong>, und die Kaffeemaschine wird durch eine Zeitschaltautomatik bereits eingeschaltet. Der<br />
Wassertank füllt sich automatisch über das Hauswassernetz, der Bohnentank ist gefüllt und der Müll bringt sich<br />
selbst in die Abfalltonne. Nun stellt man nur noch eine Tasse unter den Abl<strong>auf</strong> und gibt per Druck <strong>auf</strong> das<br />
Display, oder per Sprachbefehl, auch aus anderen Räumen, die Anweisung, <strong>einen</strong> Kaffee zu kochen.<br />
Über dasselbe Prinzip lassen sich auch andere Geräte ansteuern und sich so in ein benutzerfreundliches<br />
Haussystem einbauen.
Kurzfassung Stand 6<br />
Thema Algen im Kampf gegen den Klimawandel<br />
Teilnehmer: Name (Alter) Anschrift Schule/Institution/Betrieb<br />
Julia Stumm (16) 64646 Heppenheim Liebfrauenschule<br />
Bensheim<br />
30 Jahre <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong> @ <strong>Merck</strong>; Hessischer Landeswettbewerb am 14. und 15. März 2012<br />
www.merck.de/jugend-<strong>forscht</strong><br />
Fachgebiet Biologie<br />
Betreuung: Herr Dr. Chalwatzis<br />
Ort der Projekterstellung: Liebfrauenschule<br />
Algen sind bekannt dafür, CO2 effizient durch Photosynthese in O2 umzuwandeln. Da der Klimawandel durch<br />
Treibhausgase, wie CO2, drastisch verstärkt wurde, ist die Verlangsamung oder das Stoppen von diesem ein<br />
sehr aktuelles Thema, dem wir uns im Rahmen unseres <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong>-Projektes widmen.<br />
Der derzeitige CO2-Ausstoß wird zu ca. 18% von Fahrzeugen verursacht. Deshalb ist dies ein guter<br />
Ansatzpunkt für jede Privatperson, den CO2 zu reduzieren. Der vollständige Verzicht <strong>auf</strong> die Benutzung von<br />
Fahrzeugen ist aber aus heutiger Sicht schwer zu erreichen. Um die CO2-Reduzierung anzustreben,<br />
beschäftige ich mich mit biologischen Alternativen.<br />
Da Algen im Vergleich zu anderen Pflanzen CO2 effizienter umwandeln, ist es möglich diese zu jenem Zweck<br />
zu verwenden.<br />
Indem man die Algen in einem sonnendurchlässigen Schlauch kultiviert, ist es möglich, ihnen optimale<br />
Bedingungen für die Photosynthese zu schaffen. Das CO2 wird aus dem Auspuff des Autos in den Schlauch<br />
geführt, wo es von den Algen zur Photosynthese verwendet wird. Im Rahmen des Projektes werden wir die<br />
optimalste Anordnung des Schlauches erforschen. Der Schlauch muss entsprechend lang sein, damit die Algen<br />
genügend Zeit haben, das CO2 in O2 umzuwandeln. Das O2 wird am Ende des Schlauches zur Umgebungsluft<br />
abgegeben. Weiterhin muss der Schädigung der Algen durch den in den Abgasen enthaltenen Ruß entgegengewirkt<br />
werden. Dies kann z. B. durch die Verwendung eines Filters erfolgen.<br />
So ist es möglich, ein von der Natur gegebenes Prinzip zu gebrauchen, um den Treibhauseffekt und damit den<br />
Klimawandel abzuschwächen.
Kurzfassung Stand 7<br />
30 Jahre <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong> @ <strong>Merck</strong>; Hessischer Landeswettbewerb am 14. und 15. März 2012<br />
www.merck.de/jugend-<strong>forscht</strong><br />
Fachgebiet Biologie<br />
Thema Betreiben grüne Früchte von Gemüsepflanzen auch Photosynthese?<br />
Teilnehmer: Name (Alter) Anschrift Schule/Institution/Betrieb<br />
Luisa Dörr (12) 61130 Nidderau Hohe Landesschule Hanau<br />
Hanau<br />
Janine Müller (12) 63486 Bruchköbel Hohe Landesschule Hanau<br />
Hanau<br />
Betreuung: Herr Rothweil<br />
Ort der Projekterstellung: Hohe Landesschule Hanau<br />
Unser Arbeit beschäftigte sich mit der Frage, ob die grünen Früchte von Gemüsepflanzen auch Photosynthese<br />
betreiben. Zur Klärung verwendeten wir Indigokarmin, um eine mögliche Sauerstoffproduktion nachzuweisen.<br />
Wenn Sauerstoff produziert wird, tritt eine Bl<strong>auf</strong>ärbung ein. Mit grünen Tomaten als Untersuchungsobjekte<br />
stellte sich heraus, dass unter Beleuchtung eine Sauerstoffproduktion eindeutig nachzuweisen ist. Ein Vergleich<br />
mit der eingeschränkten bzw. nicht mehr nachweisbaren Photosyntheseleistung von halbreifen bzw. reifen<br />
Tomaten erfolgte ebenso, wie eine mikroskopische Untersuchung der Tomatenschalen <strong>auf</strong> Chloroplasten hin.
Kurzfassung Stand 8<br />
30 Jahre <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong> @ <strong>Merck</strong>; Hessischer Landeswettbewerb am 14. und 15. März 2012<br />
www.merck.de/jugend-<strong>forscht</strong><br />
Fachgebiet Biologie<br />
Thema Borrelienbefall bei Zecken unterschiedlicher Sammelgebiete mittels PCR<br />
Teilnehmer: Name (Alter) Anschrift Schule/Institution/Betrieb<br />
Ramona-Laura Knoppik-Melhem<br />
(19)<br />
35037 Marburg Zahnklinik Marburg, Lehr-<br />
bereich Propädeutik<br />
Marburg/Lahn<br />
Betreuung: Herr Ltd. OA. Prof. (apl.) Dr. Gente<br />
Ort der Projekterstellung: Zahnklinik Marburg, Lehrbereich Propädeutik<br />
Aufgrund der fortschreitenden Klimaerwärmung nimmt die Zahl an Zecken, weiteren Spinnen und Insekten,<br />
welche im L<strong>auf</strong>e eines harten Winters zum Teil verenden würden, zu. Da dort, wo immer Zecken vorkommen,<br />
auch Borreliose <strong>auf</strong>treten kann, geht ihre zunehmende Zahl mit einem erhöhten Krankheitsrisiko einher und<br />
gewinnt daher immer mehr an Aktualität. Ich entschied mich deshalb, das Thema intensiver zu untersuchen und<br />
Zecken <strong>auf</strong> ihre prozentuelle Infizierung mit Borrelien zu prüfen. Weiterhin interessierte mich, wovon der Durchseuchungsgrad<br />
abhängig sein könnte und inwieweit dieser in Stadtnähe und in tieferen Waldgebieten abweicht.<br />
Um an die eventuell vorhandene Borrelien-DNS zu gelangen, musste ich die Zecken zunächst <strong>auf</strong>schließen und<br />
die Proben mit einer Masterlösung versetzen. Da die dadurch gewonnenen Mengen für die Untersuchung nicht<br />
ausreichen, wurde die DNS im Polymerase-Kettenverfahren (PCR) vervielfältigt. Im Anschluss daran<br />
durchliefen die Proben die Agarose-Gelelektrophorese, welche die Zecken- von der Borrelien-DNS trennte.<br />
Durch Zugabe einer bekannten Positivprobe, konnte anhand des spezifischen Bandenmusters verglichen<br />
werden, ob Borrelien-DNS vorhanden war.<br />
Man geht allgemein davon aus, dass jede dritte Zecke erregertragend ist, wobei die Statistiken zum Teil<br />
wesentlich höhere oder auch niedrigere Durchseuchungsraten angeben. Meine Ergebnisse sind mit besagten<br />
Werten weitgehend konform, allerdings waren meine Proben eines bestimmten Sammelgebiets alle negativ im<br />
Hinblick <strong>auf</strong> Borrelien-DNS. Dieses Ergebnis ist nicht repräsentativ, da nicht ausgeschlossen werden kann,<br />
dass andere Zecken in selber Umgebung erregertragend sind. Die Wahrscheinlichkeit hierfür ist hoch.<br />
Im Folgenden charakterisiere ich Zecken und die durch sie übertragenen Krankheiten näher. Weiterhin werden<br />
die verwendeten Methoden erläutert bevor die Ergebnisse vorgestellt werden.
Kurzfassung Stand 9<br />
Thema Chemischer Kampf ums Keimen<br />
Teilnehmer: Name (Alter) Anschrift Schule/Institution/Betrieb<br />
Michael Matz (17) 65719 Hofheim Main-Taunus-Schule<br />
Hofheim<br />
Stephan Amann (17) 65719 Hofheim Main-Taunus-Schule<br />
Hofheim<br />
Till Langbein (19) 65719 Hofheim Main-Taunus-Schule<br />
Hofheim<br />
30 Jahre <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong> @ <strong>Merck</strong>; Hessischer Landeswettbewerb am 14. und 15. März 2012<br />
www.merck.de/jugend-<strong>forscht</strong><br />
Fachgebiet Biologie<br />
Betreuung: Herr Dr. Hoffmann<br />
Ort der Projekterstellung: Main-Taunus-Schule<br />
Chemischer Kampf ums Keimen<br />
Langjährige Beobachtungen unseres Betreuers, dass im Schulgarten an Stellen mit dem<br />
Frühjahrsblüher Scharbockskraut kaum andere Wildkräuter zu finden waren, führten zu unserem<br />
"Forschungs<strong>auf</strong>trag", den möglichen Ursachen nachzugehen.<br />
Wir sammelten daher im Frühjahr 2011 große Mengen dieses Hahnenfußgewächses (Ranunculus<br />
ficaria), sowie der verwandten Küchenschelle (Pulsatilla vulgaris), trockneten sie bzw. froren sie<br />
ein für spätere Untersuchungen. Getrocknete Pulver dieser Pflanzen konnten wir im Naturstoff-<br />
handel erwerben.<br />
Unsere vergleichenden Keimversuche mit Samen, Knollen und Zwiebeln diverser ein- und<br />
zweikeimblättriger Pflanzen belegten eindeutig stark keimhemmende Wirkungen durch<br />
Scharbockskraut und Küchenschelle. Die Keimhemmung ist nicht vom Licht abhängig, jedoch<br />
stark von der Konzentration der Inhaltstoffe des Scharbockskrauts. Sie lässt sich durch<br />
Auswaschen meistens wieder <strong>auf</strong>heben. Die Auswirkungen <strong>auf</strong> Wurzelbildung und<br />
Streckungswachstum bei Kartoffeln und Zwiebeln haben wir ebenso dokumentiert, wie die<br />
Veränderungen der Mitose in Wurzelspitzen von Mais.<br />
Mittels Trennmethoden wie präparativer Dünnschichtchromatographie, sowie Wasserdampf-<br />
Destillation, haben wir aus der Fülle der chemischen Inhaltsstoffe in den Rohextrakten eine<br />
keimhemmende Fraktion mit wenigen Substanzen isoliert. Die genaue Aufklärung der Strukturen<br />
erfolgte mit Gaschromatografie gekoppelter Massenspektrometrie durch die Firma Aventis-Sanofi.<br />
Dabei ist Protoanemonin als hochreaktiver Stoff identifiziert worden, der vermutlich haupt-<br />
verantwortlich für die Keimhemmungs-Effekte ist.<br />
Wir haben Hinweise gefunden, dass die Protein/Enzym-Ebene ein Angriffsziel der Wirkstoffe im<br />
Scharbockskraut-Extrakt sein kann. Eine Enzymhemmung ist denkbar wegen der sofort nach dem<br />
Auswaschen des Scharbockskraut-Materials einsetzenden Keimung der behandelten Samen. Ob<br />
die RNA-Ebene betroffen ist, können wir nicht sagen, da uns kein reines Protoanemonin für<br />
Versuche zur Verfügung stand.<br />
Unser neues Ziel ist es, die bei den Versuchen entdeckte keimhemmende Wirkung von<br />
Feigenblättern näher zu untersuchen.
Kurzfassung Stand 10<br />
Thema Pina Elodea – beschwipste Pflanzen?<br />
Teilnehmer: Name (Alter) Anschrift Schule/Institution/Betrieb<br />
Melissa Peschka (18) 63741 Aschaffenburg Bachgauschule<br />
Babenhausen<br />
Jana Trippel (18) 64832 Babenhausen Bachgauschule<br />
Babenhausen<br />
30 Jahre <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong> @ <strong>Merck</strong>; Hessischer Landeswettbewerb am 14. und 15. März 2012<br />
www.merck.de/jugend-<strong>forscht</strong><br />
Fachgebiet Biologie<br />
Betreuung: Frau Dr. Gottschalk<br />
Ort der Projekterstellung: privat/zu Hause<br />
In unserem Alltag begegnen wir Ethanol in vielen Situationen: in Desinfektionsmitteln, in Medikamenten, als<br />
Lösungsmittel und natürlich auch in alkoholischen Getränken.<br />
Alkohol ist berauschend und wird viel und gerne konsumiert. Doch wie wir alle wissen, ist Alkohol schädlich und<br />
eigentlich ein Gift.<br />
Diese Tatsache sind wir einmal von einer ganz anderen Seite angegangen.<br />
Wie wirkt Ethanol <strong>auf</strong> Pflanzen? Wird eine Abhängigkeit oder Schädigung der Pflanze erkennbar? Welche<br />
Veränderungen passieren mit der Pflanze?<br />
Bei unseren Versuchen haben wir vor, u. a. mit der Wasserpest (Elodea) zu arbeiten.<br />
In einer Versuchsreihe wird die Pflanze, zusätzlich zu Wasser, mit Ethanol versorgt. Zeitgleich führen wir eine<br />
zweite Versuchsreihe durch, bei welcher die Pflanze kein Ethanol bekommt. Ansonsten sind die Pflanzen<br />
denselben Umweltbedingungen ausgesetzt.<br />
Die Versuchsreihe wird mit verschiedenen Pflanzenarten durchgeführt.<br />
Weiter Versuche werden mit Kresse durchgeführt, um auch ihre Reaktion <strong>auf</strong> Ethanol beobachten zu können.
Kurzfassung Stand 11<br />
Thema Regulierung der Herkulesstaude durch Schafsbeweidung<br />
Teilnehmer: Name (Alter) Anschrift Schule/Institution/Betrieb<br />
Noah Mehler (14) 36145 Langenbieber Rabanus-Maurus-Schule<br />
Fulda<br />
Viesturs Leibold (14) 36124 Rönshausen Rabanus-Maurus-Schule<br />
Fulda<br />
30 Jahre <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong> @ <strong>Merck</strong>; Hessischer Landeswettbewerb am 14. und 15. März 2012<br />
www.merck.de/jugend-<strong>forscht</strong><br />
Fachgebiet Biologie<br />
Betreuung: Herr Dr. rer. nat. Koch<br />
Ort der Projekterstellung: Rabanus-Maurus-Schule<br />
Die Herkulesstaude (Heracleum mantegazzianum) ist ein Neophyt, dessen Saft bei Berührung starke<br />
Hautentzündungen hervorruft. Die Pflanze breitet sich rasch entlang von Flussufern aus. Die Bekämpfung ist<br />
<strong>auf</strong>wendig und teuer. In der Literatur wird beschrieben, dass Schafe die Herkulesstaude fressen ohne Schaden<br />
zu nehmen.<br />
In dem Projekt soll er<strong>forscht</strong> werden, ob Bestände der Herkulesstaude durch Schafsbeweidung reguliert werden<br />
können.
Kurzfassung Stand 12<br />
Thema Untersuchung der Luft in einem Klassenzimmer im L<strong>auf</strong>e einer<br />
Schulstunde<br />
Teilnehmer: Name (Alter) Anschrift Schule/Institution/Betrieb<br />
Lucas Renner (14) 64653 Lorsch Goethe-Gymnasium<br />
Bensheim<br />
Maximilian Wehmeyer (14) 64625 Bensheim Goethe-Gymnasium<br />
Bensheim<br />
Robin Kuch (14) 64625 Bensheim Goethe-Gymnasium<br />
Bensheim<br />
30 Jahre <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong> @ <strong>Merck</strong>; Hessischer Landeswettbewerb am 14. und 15. März 2012<br />
www.merck.de/jugend-<strong>forscht</strong><br />
Fachgebiet Biologie<br />
Betreuung: Herr Harjes<br />
Ort der Projekterstellung: Goethe-Gymnasium<br />
Wir untersuchen, wie sich der Kohlenstoffdioxidgehalt im L<strong>auf</strong>e einer Schulstunde verändert. Dabei interessiert<br />
uns, wie man am optimalsten (energieschonendsten) während der Schulstunde lüftet. Hierzu wollen wir auch<br />
die Temperatur und Luftfeuchtigkeit messen. Außerdem wollen wir herausfinden, ob die Anzahl der Bakterien in<br />
der Schulstunde zunimmt und welchen Einfluss das Lüften hat.
Kurzfassung Stand 13<br />
Thema Vergleichende Haaranalyse bei Pferden<br />
Teilnehmer: Name (Alter) Anschrift Schule/Institution/Betrieb<br />
Jessica Scheibel (18) 64720 Michelstadt Gymnasium Michelstadt<br />
Michelstadt<br />
30 Jahre <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong> @ <strong>Merck</strong>; Hessischer Landeswettbewerb am 14. und 15. März 2012<br />
www.merck.de/jugend-<strong>forscht</strong><br />
Fachgebiet Biologie<br />
Betreuung: Herr Dr. Scheibel<br />
Ort der Projekterstellung: privat/zu Hause<br />
Alle rezenten Pferderassen werden y-chromosomal <strong>auf</strong> <strong>einen</strong> einzigen Hengst und rund 100 Stuten zurückgeführt,<br />
so dass eine geringe Variationsbreite vorliegt. Äußerliche Unterschiede zeigen sich im Habitus und der<br />
Haartracht. Durch den Vergleich mikroskopischer Aufnahmen unterschiedlicher Pferdehaare soll in dieser Arbeit<br />
ein Zusammenhang zur Rasse gesucht werden.<br />
Erarbeitet werden unterschiedliche Präparationsverfahren, die Auswahl des repräsentativen Körperhaares, die<br />
mögliche Varianz am Einzeltier und familiäre Gemeinsamkeiten.
Kurzfassung Stand 14<br />
Thema Korrosionsströme und Spannungen von Dentallegierungen<br />
Teilnehmer: Name (Alter) Anschrift Schule/Institution/Betrieb<br />
Ann-Christin Peter (20) 35039 Marburg Zahnklinik Marburg, Lehr-<br />
bereich Propädeutik<br />
Marburg/Lahn<br />
30 Jahre <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong> @ <strong>Merck</strong>; Hessischer Landeswettbewerb am 14. und 15. März 2012<br />
www.merck.de/jugend-<strong>forscht</strong><br />
Fachgebiet Chemie<br />
Betreuung: Herr Ltd. OA. Prof. (apl.) Dr. Gente<br />
Ort der Projekterstellung: Zahnklinik Marburg, Lehrbereich Propädeutik<br />
Dentallegierungen, die in der Mundhöhle eingesetzt werden, befinden sich in einem wässrigen Elektrolyten.<br />
Deswegen sind die Vorraussetzungen für ein galvanisches Element erfüllt.<br />
Aus diesem Grund habe ich mit Dentallegierungen (Titan, Gold, Kobalt-Chrom-Molybdän sowie Titan-<br />
Implantate) Korrosionsstrommessungen im Labor durchgeführt. Zur Simulation der Situation im Mund habe ich<br />
versucht die Plaquebildung, das Kauen oder die Fluoridapplikation nachzuahmen. Dafür habe ich zunächst 24<br />
Proben für die Untersuchung vorbereitet und einzeln in Gläser gegeben, in denen sich isotone Kochsalzlösung<br />
als Elektrolyt befand. Nachdem jeweils zwei Proben mittels Ionenbrücke verbunden waren, wurde zuerst die<br />
Spannung zwischen den Metallproben gemessen und anschließend die Kurzschlussstromstärke dokumentiert.<br />
Somit komme ich zu dem Ergebnis, dass es die perfekte Legierungskombination nicht gibt. Demnach muss man<br />
Abstriche machen und Schwerpunkte setzten, welche Aspekte für den Patienten am wichtigsten sind.<br />
Die exemplarische Messung der Ströme an einem Patienten ergab Werte, die denen der In-vitro Messungen<br />
entsprechen.
Kurzfassung Stand 15<br />
Thema Nanopartikel – ein trojanisches Pferd?<br />
Teilnehmer: Name (Alter) Anschrift Schule/Institution/Betrieb<br />
30 Jahre <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong> @ <strong>Merck</strong>; Hessischer Landeswettbewerb am 14. und 15. März 2012<br />
www.merck.de/jugend-<strong>forscht</strong><br />
Fachgebiet Chemie<br />
Ursula Katharina Waschke (17) 35745 Herborn Johanneum-Gymnasium Herborn<br />
Herborn<br />
Liesa Röder (18) 35759 Driedorf-Roth Johanneum-Gymnasium Herborn<br />
Herborn<br />
Betreuung: Frau Sukkau<br />
Ort der Projekterstellung: Johanneum-Gymnasium Herborn<br />
Bei der Nanotechnologie handelt es sich um ein vergleichsweise neues Forschungsgebiet der Chemie und<br />
verwandter Wissenschaften, deren Ergebnisse aber schon verbreitet Eingang in die Alltagswelt gefunden haben. So<br />
werden Nanopartikel (Teilchen mit einer Größe von 1 bis 100 Nanometern) heutzutage schon Körperpflegemitteln und<br />
Kosmetika zugesetzt oder finden sich z. B. in Schuhcreme.<br />
In unserer experimentellen Arbeit sind wir der Frage nachgegangen, ob dies für den Konsumenten ausschließlich<br />
vorteilhaft ist, oder ob nicht die Gefahr besteht, dass solche Nanopartikel bei Hautkontakt unbeabsichtigt in<br />
Organismen <strong>auf</strong>genommen werden können. Falls das der Fall ist, könnten sie anhaftende oder in ihrem Innern<br />
angereicherte Stoffe in den Organismus einführen, und das könnte eventuell negative Folgen haben.<br />
Zur Untersuchung dieser Möglichkeit haben wir zunächst, nach einer im Internet veröffentlichten internationalen<br />
Forschungsarbeit, in unserem schulischen Chemielabor Nanopartikel herzustellen versucht. Die Überprüfung in<br />
Kooperation mit der Universität Gießen (TEM-Aufnahmen) ergab, dass wir in einem <strong>auf</strong>wändigen Herstellungsverfahren<br />
tatsächlich in der Lage waren, Nanopartikel herzustellen.<br />
Anschließend haben wir diese mit einem Fluoreszenzfarbstoff (Rhodamin) markiert und in lebende Zellen<br />
eingeschleust. Dabei haben wir unter anderen mit der Anzucht von Einzellern (Pantoffeltierchen) und verschiedenen<br />
Pflanzen (Hyazinthen, Wasserpest) experimentiert, bis wir nach vielen Untersuchungen die Küchenzwiebel (Allium<br />
cepa) als das am besten geeignete Untersuchungsobjekt herausfanden. Hier wurden Wurzelzellen untersucht, die bei<br />
der Anzucht <strong>auf</strong> Wasser mit farbmarkierten Nanopartikeln in Kontakt gekommen waren. Zum Vergleich wurden<br />
Blindproben mit reinem Wasser bzw. mit in Wasser gelöstem Farbstoff durchgeführt.<br />
Der technisch äußerst schwierige Nachweis der Nanopartikel in den Zellen bereitete uns die größten Probleme. Nach<br />
einigen weniger erfolgreichen methodischen Versuchen (Fluoreszenznachweis bzw. mit Hilfe der Absorptions-<br />
Spektroskopie) wurde die Methode der mikroskopischen Untersuchung von Wurzelquerschnitten gewählt.<br />
Das Ergebnis unserer Untersuchung ist, dass in den Ansätzen mit farbmarkierten Nanopartikeln optisch tatsächlich<br />
eine Aufnahme in die Wurzelzellen und in den Leitungsbahnen nachweisbar ist. Man kann die Rotfärbung <strong>auf</strong> der<br />
Zellebene gut erkennen, obwohl das Wasser zur Anzucht selbst vom Aussehen her absolut farblos ist. In den<br />
Vergleichsansätzen mit dem in Wasser gelösten Rhodamin (deutliche Rotfärbung der Anzuchtlösung) findet sich auch<br />
nach den gleichen Zeiten eine Färbung, was aber der normalen Aufnahme von wasserlöslichen Farbstoffen im<br />
Rahmen des Wassertransports entspricht.<br />
Da das Rhodamin an die Nanopartikel gekoppelt ist, beweist das Vorhandensein von gefärbten Zellen in der Wurzel<br />
aus farbloser Anzuchtlösung die Aufnahme der Nanopartikel. Damit ist unserer Meinung nach bewiesen, dass<br />
Nanopartikel in lebende Zellen <strong>auf</strong>genommen werden können, zumindest bei Allium cepa und Elodea canadensis.<br />
Das Gleiche könnte aber auch in unserer Umwelt passieren, entweder direkt über die Haut (wozu wir allerdings durch<br />
unsere pflanzlichen Versuchsobjekte keine Aussage machen können) oder <strong>auf</strong> dem Umweg über die Nahrungskette,<br />
falls Abwässer <strong>auf</strong> <strong>einen</strong> Nutzgarten kommen. Mit den Nanopartikeln könnten dann auch verschiedene Stoffe in<br />
Organismen eingeschleust werden, so wie in unseren Experimenten der Farbstoff Rhodamin.
Kurzfassung Stand 16<br />
Thema OLEDs und Solarzellen – ganz aus Plastik<br />
Teilnehmer: Name (Alter) Anschrift Schule/Institution/Betrieb<br />
Katharina Spohner (19) 60386 Frankfurt am Main Max-Beckmann-Schule<br />
Frankfurt am Main<br />
Frederik Bauer (19) 60385 Frankfurt am Main Max-Beckmann-Schule<br />
Frankfurt am Main<br />
Paula Hillmann (19) 60318 Frankfurt am Main Max-Beckmann-Schule<br />
Frankfurt am Main<br />
30 Jahre <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong> @ <strong>Merck</strong>; Hessischer Landeswettbewerb am 14. und 15. März 2012<br />
www.merck.de/jugend-<strong>forscht</strong><br />
Fachgebiet Chemie<br />
Betreuung: Herr Dr. Scherr<br />
Ort der Projekterstellung: Max-Beckmann-Schule<br />
Solarzellen und LEDs basieren zurzeit hauptsächlich <strong>auf</strong> anorganischen Materialien. Die Chemie AG an der<br />
Max-Beckmann-Schule beschäftigt sich schon seit einiger Zeit mit der Herstellung von organischen LEDs und<br />
Plastiksolarzellen. Vorteile sind vor allem, dass sie gegenüber herkömmlichen LEDs und Solarzellen<br />
kostengünstiger sind.<br />
In dieser Arbeit wurden die Ergebnisse des Projekts „Es geht aber auch anders! Licht und Strom – wirklich<br />
umweltfreundlich“ <strong>auf</strong>gegriffen und weiterentwickelt.<br />
Durch <strong>einen</strong> veränderten Herstellungsprozess ist es nun möglich, einfach <strong>auf</strong> flexible PET-Folie beliebig dünne<br />
Schichten von PEDOT für OLEDs und organische Solarzellen <strong>auf</strong>zutragen. Diese mit schulischen Mitteln<br />
hergestellten Zellen weisen ein geringeres Gewicht <strong>auf</strong> als übliche OLEDs und Solarzellen mit Glassubstrat. Sie<br />
sind flexibel und lassen sich je nach Möglichkeit <strong>auf</strong> größeren Folien <strong>auf</strong>tragen. Flexible „Vollplastik“-OLEDs<br />
werden kommerziell schon von Firmen wie Apple und Samsung in Smartphones verarbeitet, „Vollplastik“-<br />
Solarzellen sind bisher erst in der Entwicklung.<br />
Aufgabe in diesem Projekt war „Vollplastik“-OLEDs und -Solarzellen nach den Prinzipien des letztjährigen<br />
Projekts zu bauen. Schwierigkeiten zeigten sich darin, dass es nicht möglich war, die Methoden eins zu eins <strong>auf</strong><br />
den Bau der neuen Zellen zu übertragen.
Kurzfassung Stand 17<br />
Thema Schopftintlinge und 3 Tage Abstinenz?<br />
Teilnehmer: Name (Alter) Anschrift Schule/Institution/Betrieb<br />
30 Jahre <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong> @ <strong>Merck</strong>; Hessischer Landeswettbewerb am 14. und 15. März 2012<br />
www.merck.de/jugend-<strong>forscht</strong><br />
Fachgebiet Chemie<br />
Ulrike Franz (19) 61137 Schöneck Hohe Landesschule Hanau<br />
Hanau<br />
Anna Taranko (18) 63526 Erlensee Hohe Landesschule Hanau<br />
Hanau<br />
Betreuung: Herr Rothweil<br />
Ort der Projekterstellung: Hohe Landesschule Hanau<br />
Im Faltentintling wurde bereits die Aminosäure Coprin nachgewiesen. Bei Hitze (kochen) oder saurem Milieu<br />
(Magen) zerfällt diese in zwei Substanzen. Eine davon hemmt das Enzym Acetaldehyddehydrogenase<br />
(ALDH2), das den Alkoholabbau im menschlichen Körper katalysiert. Es entsteht nach geringstem<br />
Alkoholverzehr das Coprinus-Syndrom, das einem heftigen "Kater" ähnelt.<br />
Schopftintlinge (Coprinus comatus) gehören derselben Gattung (Tintlingsartige, Coprinaceae) an. In<br />
Pilzbüchern werden sie als essbar <strong>auf</strong>geführt, jedoch nur die jüngeren Exemplare, da sich der (über-)reife<br />
Fruchtkörper des Pilzes schnell zersetzt. Bezüglich des Copringehaltes im Schopftintling gibt es in der Literatur<br />
uneinheitliche Angaben.<br />
Wir machten es uns deshalb zur Aufgabe, selbst hergestellte Extrakte aus eigens gesammelten Pilzproben<br />
jüngerer und mittlerer Reifestadien <strong>auf</strong> die Anwesenheit von Coprin bzw. <strong>auf</strong> deren inhibierende Wirkung <strong>auf</strong><br />
ALDH2 hin zu überprüfen. Die Untersuchungen erfolgten indirekt, d. h. über die photometrische Bestimmung der<br />
Aktivität der Aldehyddehydrogenase anhand des NAD(P)/NAD(P)H-Systems unter verschiedenen<br />
Bedingungen.<br />
Wir konnten dabei eine eindeutig hemmende Wirkung unserer Extrakte <strong>auf</strong> das Enzym nachweisen. Weitere<br />
Experimente müssen zeigen, ob Coprin als (alleinige) Ursache dafür zu benennen ist, oder ob andere Faktoren<br />
<strong>einen</strong> hemmenden Einfluss haben.<br />
Die Ergebnisse können u. a. als weiterer Beitrag in der Diskussion über die Folgen des Genusses des<br />
Speisepilzes in Verbindung mit Alkohol verstanden werden.
Kurzfassung Stand 18<br />
Thema Wie verändern Brühmethoden die Eigenschaften von Kaffee?<br />
– Entwicklung einer HPLC-Methode zur Analyse<br />
Teilnehmer: Name (Alter) Anschrift Schule/Institution/Betrieb<br />
Marvin Hilbert (17) 60316 Frankfurt Odenwaldschule e.V.<br />
Heppenheim<br />
30 Jahre <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong> @ <strong>Merck</strong>; Hessischer Landeswettbewerb am 14. und 15. März 2012<br />
www.merck.de/jugend-<strong>forscht</strong><br />
Fachgebiet Chemie<br />
Betreuung: Herr Fuchs<br />
Ort der Projekterstellung: Odenwaldschule e.V.<br />
Ich untersuche, wie sich die Konzentration von verschiedenen Substanzen (Koffein, Furfurylmercaptan, etc.) bei<br />
verschiedenen Brühmethoden von Kaffee (Espressomaschine, Espressokanne, Filterkaffee, etc.) verändert.<br />
Analysemethode: HPLC mit UV-Vis-Detektor, Umkehrphase. Dazu habe ich eine HPLC-Methode entwickelt,<br />
dabei verschiedene Parameter variiert, um die Empfindlichkeit und Trennleistung zu optimieren und<br />
Kaffeeproben gemessen.
Kurzfassung Stand 19<br />
30 Jahre <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong> @ <strong>Merck</strong>; Hessischer Landeswettbewerb am 14. und 15. März 2012<br />
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Fachgebiet Geo- und Raumwissenschaften<br />
Thema Auf dem Weg zur Erde – Wie weit kommt eine Sternschnuppe?<br />
Teilnehmer: Name (Alter) Anschrift Schule/Institution/Betrieb<br />
Lena Feld (17) 65510 Hünstetten Pestalozzischule<br />
Idstein<br />
Ort der Projekterstellung: privat/zu Hause<br />
Eine Sternschnuppe verglüht in der Regel in unserer Atmosphäre. Aber wie kann man herausfinden, wo genau<br />
das war?<br />
Um diese Frage zu beantworten, kam ich <strong>auf</strong> die Idee, die Sternschnuppe von zwei verschiedenen Orten aus<br />
fotografisch festzuhalten. Auf den Fotos wird man vor dem Sternenhimmel eine Parallaxe erkennen können, da<br />
man die Sterne <strong>auf</strong>grund ihrer Entfernung als Fixpunkte verwenden kann.<br />
Nachdem man mithilfe der Sternkoordinaten den tatsächlichen Winkel der Höhe und der Himmelsrichtung<br />
berechnet hat, kann man mit Hilfe einer Triangolationsrechnung nun herausfinden, an welchem Ort sich die<br />
Sternschnuppe zur Zeit der Aufnahme befunden hat.<br />
Diese Idee habe ich zuerst an einem Flugzeug getestet, und kam <strong>auf</strong> das Ergebnis, das Flugzeug sei etwa 8 km<br />
hoch geflogen. Dieses Ergebnis bestätigte meine Rechenweise, da Flugzeuge tatsächlich etwa in dieser Höhe<br />
fliegen.<br />
Die Fotografie einer Sternschnuppe ist bis jetzt aber an den Witterungsverhältnissen gescheitert.<br />
Ich konnte meine Idee aber <strong>auf</strong> die Teile der Russischen Rakete übertragen, die am Heiligabend über<br />
Deutschland verglühten.
Kurzfassung Stand 20<br />
30 Jahre <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong> @ <strong>Merck</strong>; Hessischer Landeswettbewerb am 14. und 15. März 2012<br />
www.merck.de/jugend-<strong>forscht</strong><br />
Fachgebiet Geo- und Raumwissenschaften<br />
Thema Die Zukunft von Hanau und Umgebung im Zeichen des Klimawandels<br />
Teilnehmer: Name (Alter) Anschrift Schule/Institution/Betrieb<br />
Max Wüstehube (20) 63526 Erlensee Technische Universität München<br />
München<br />
Paul Zeiger (18) 63454 Hanau Hohe Landesschule Hanau<br />
Hanau<br />
Jens Winarske (17) 63456 Hanau Hohe Landesschule Hanau<br />
Hanau<br />
Betreuung: Herr Dr. Seidenschwann<br />
Ort der Projekterstellung: Technische Universität München<br />
Sind im Zusammenhang mit dem aktuellen Klimawandel auch für die Stadt Hanau ähnlich katastrophale Folgen<br />
zu erwarten wie in den Hochwassergebieten von Elbe, Oder und Donau bei den jüngsten sogenannten<br />
„Jahrhunderthochwassern“? Um diese Frage zu beantworten, ermitteln wir zunächst die natürlichen<br />
Überschwemmungsgebiete von Main und Kinzig im Bereich der Stadt Hanau unter Berücksichtigung des<br />
Einzugsgebietes und der Erdgeschichte. Diese Ergebnisse vergleichen wir mit den Auswirkungen historisch<br />
belegter Hochwasserereignisse. Daraus leiten wir die potenziell gefährdeten Bereiche für ein hundertjähriges<br />
Hochwasser ab. Ferner ermitteln wir die Klimatrends für unsere Region, um Prognosen über die<br />
Wahrscheinlichkeit von stärkeren Hochwässern in Zukunft abgeben zu können. Vor diesem Hintergrund<br />
informieren wir uns bei verschiedenen Ämtern der Stadt Hanau über die Hochwasserprävention. Schlussendlich<br />
stellen wir Überlegungen für <strong>einen</strong> aus unserer Sicht nachhaltigen Hochwasserschutz an.
Kurzfassung Stand 21<br />
30 Jahre <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong> @ <strong>Merck</strong>; Hessischer Landeswettbewerb am 14. und 15. März 2012<br />
www.merck.de/jugend-<strong>forscht</strong><br />
Fachgebiet Geo- und Raumwissenschaften<br />
Thema Eisenhüttenschlacke aus dem Odenwald – Entwicklung einer Methode zur<br />
Verhüttungsverfahrensanalyse<br />
Teilnehmer: Name (Alter) Anschrift Schule/Institution/Betrieb<br />
Anne Schmitt (18) 69509 Mörlenbach Martin-Luther-Schule<br />
Rimbach<br />
Betreuung: Herr Beuth<br />
Ort der Projekterstellung: Martin-Luther-Schule<br />
Über die historische Hüttentätigkeit im Odenwald ist wenig bekannt, u. a. auch, weil Überreste, mit deren Hilfe<br />
man eine Aussage treffen könnte, nicht mehr vorhanden oder schwer zugänglich sind. In dieser Arbeit geht es<br />
um Möglichkeiten, Rückschlüsse <strong>auf</strong> das verwendete Verhüttungsverfahren zu ziehen ohne z. B. <strong>einen</strong> Ofen<br />
vorliegen zu haben. Dies geschah anhand von Schlackestücken, die an Stellen gesammelt wurden, an denen<br />
Verhüttung stattgefunden hat. Schlacken entstehen bei der Erzverhüttung und wurden meist als Abfallprodukt<br />
<strong>auf</strong> Halden gelagert wo sie bis heute zu finden sind. An drei verschiedenen Orten (Weschnitz, Rohrbach und<br />
Hippelsbach) wurden Schlackeproben genommen.<br />
Die magnetischen und chemischen Eigenschaften der Schlacke führten zu folgenden Hypothesen:<br />
1) Die Schlacke enthält Eisen, welches in unterschiedlichen Formen vorliegen kann und somit auch<br />
verschiedene magnetische Eigenschaften <strong>auf</strong>weist. Die magnetische Suszeptibilität kann man mithilfe eines<br />
Kappameter messen. Das Kappameter ist für die Feldforschung vor Ort sehr gut geeignet. Dieser Wert könnte<br />
in einer Korrelation zum Eisengehalt und somit zum verwendeten Verfahren stehen.<br />
2) Die Ermittlung des Eisen- und Mangangehaltes der verschiedenen Schlacken lässt <strong>einen</strong> Rückschluss <strong>auf</strong><br />
das verwendete Verfahren (direkt oder indirekt) zu.<br />
Für die erste Hypothese wurden ganze Stücke mit dem Kappameter gemessen. Dabei konnte eine starke<br />
Inhomogenität der Schlacken festgestellt werden, deshalb wurden die Proben gepulvert und erneut gemessen.<br />
Aufgrund der Inhomogenität und der benötigten Pulverisierung der Proben ist der Einsatz des Kappameters in<br />
der Feldforschung für eine schnelle Aussage nicht geeignet.<br />
Für die chemische Analyse der Proben (zweite Hypothese) wurden die gepulverten Schlackestücke mithilfe von<br />
konzentrierter Salzsäure <strong>auf</strong>geschlossen und anschließend wurde mit Teststäbchen und Fotometer der Eisen-<br />
und Mangangehalt bestimmt. Aus der Summe von Eisen- und Mangangehalt kann man laut Kronz (2001 und<br />
2003) u. a. <strong>auf</strong> das Verhüttungsverfahren schließen. Demnach müsste an allen Standorten das indirekte<br />
Hochofenverfahren angewendet worden sein. Beim Standort Hippelsbach weist von der Lage her aber nichts<br />
<strong>auf</strong> eine indirekte Verhüttung hin. Deshalb sollte in Zukunft noch genauer überprüft werden, wie gut sich das<br />
untersuchte Material von Kronz mit dem aus dem Odenwald vergleichen lässt.
Kurzfassung Stand 22<br />
Thema Rotationslichtwechselkurven von Kleinplaneten<br />
30 Jahre <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong> @ <strong>Merck</strong>; Hessischer Landeswettbewerb am 14. und 15. März 2012<br />
www.merck.de/jugend-<strong>forscht</strong><br />
Fachgebiet Geo- und Raumwissenschaften<br />
Teilnehmer: Name (Alter) Anschrift Schule/Institution/Betrieb<br />
Joshua Knobloch (16) 34119 Kassel PhysikClub Kassel<br />
Kassel<br />
Max Eckhardt (16) 34246 Vellmar PhysikClub Kassel<br />
Kassel<br />
Betreuung: Herr Dipl.-Phys. Steiper<br />
Ort der Projekterstellung: PhysikClub Kassel<br />
Wir beschäftigen uns mit der Modellierung und der Beobachtung von Kleinplaneten. Dazu haben wir in<br />
Laborversuchen die Rotationslichtkurve von einfachen Körpern <strong>auf</strong>genommen und ausgewertet. Auf Basis der<br />
Ergebnisse dieser Versuche haben wir versucht, von real beobachteten Rotationslichtkurven Rückschlüsse <strong>auf</strong><br />
die Form der zugehörigen Kleinplaneten zu ziehen. Hierzu haben wir frei verfügbare und selbst <strong>auf</strong>genommene<br />
Lichtkurven von Kleinplaneten benutzt. Weiterhin haben wir eine mathematische Modellierung der Lichtkurven<br />
am Computer erstellt.
Kurzfassung Stand 23<br />
Thema Entwicklung einer sich selbst konfigurierenden 3D-Kamera<br />
30 Jahre <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong> @ <strong>Merck</strong>; Hessischer Landeswettbewerb am 14. und 15. März 2012<br />
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Fachgebiet Mathematik/Informatik<br />
Teilnehmer: Name (Alter) Anschrift Schule/Institution/Betrieb<br />
Henrik Reinstädtler (15) 65510 Idstein Pestalozzischule<br />
Idstein<br />
Betreuung: Herr Kappesser<br />
Ort der Projekterstellung: privat/zu Hause<br />
Ziel des Projektes ist die Entwicklung einer sich automatisch konfigurierenden 3D-Kamera. Im letzten Jahr<br />
baute ich eine 3D-Kamera, die ihre Kameras auseinander und zusammen fahren konnte, um den 3D-Effekt zu<br />
verbessern. Ihre Leistung beim Darstellen der Bilder und Ansteuern der Motoren ließ zu wünschen übrig.<br />
Der Kamera fehlte eine Funktion zur Errechnung der Distanz zum Fotomotiv, um die Distanz zwischen den<br />
Kameras (Stereobasis) so zu verändern, dass der 3D-Effekt besser zur Geltung kommt.<br />
Das Ziel des Projektes ist einerseits eine Methode zur Berechnung der Distanz zwischen Kamera und<br />
Fotomotiv zu entwickeln und andererseits die Leistung der restlichen Teile der Kamera signifikant zu steigern.<br />
Meine erste Idee für die Errechnung der Distanz war es zu schauen, wie groß ein konstant großes und<br />
bekanntes Objekt <strong>auf</strong> dem Bild ist und ob es <strong>einen</strong> Zusammenhang zwischen seiner Größe und dem Abstand<br />
zur Kamera gibt. Da aber diese Idee voraussetzt, dass man ein Objekt fotografieren will, dessen Größe bekannt<br />
ist und da die Auflösung meiner Kameras zu gering ist, entschied ich mich gegen dieses Verfahren.<br />
Die zweite Methode arbeitet mit trigonometrischen Funktionen von Winkeln, die ich <strong>auf</strong> den Bildern bestimmen<br />
kann.<br />
Um die Grafikausgabe zu beschleunigen, machte ich verschiedene Versuche und nun wird sie mit Hilfe der<br />
Grafikkarte beschleunigt, was eine Leistungssteigerung um das Zehnfache gegenüber der letztjährigen Version<br />
ausmacht.<br />
Der Motor, der die Kameras auseinander- und zusammenfährt, wird nun von einem Arduino-Board gesteuert.
Kurzfassung Stand 24<br />
Thema Para.Pix<br />
30 Jahre <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong> @ <strong>Merck</strong>; Hessischer Landeswettbewerb am 14. und 15. März 2012<br />
www.merck.de/jugend-<strong>forscht</strong><br />
Fachgebiet Mathematik/Informatik<br />
Teilnehmer: Name (Alter) Anschrift Schule/Institution/Betrieb<br />
Pascal Cabos (14) 359612 Singapur Deutsche Europäische<br />
Schule Singapur<br />
Singapur<br />
Felix Friedberger (14) 278684 Singapur Deutsche Eropäische<br />
Schule Singapur<br />
Singapur<br />
Betreuung: Herr Beinert<br />
Ort der Projekterstellung: Deutsche Europäische Schule Singapur<br />
In Singapur haben wir an der Schule das Fach „Offenes Lernen“. Wie der Name schon sagt, lernt man dabei<br />
„offen” bzw. alleine. Das Thema im „Offenen Lernen“ für das erste Schulhalbjahr war „Wettbewerbe“. Bei<br />
unserem Thema sind wir <strong>auf</strong> die Videotelefonate von Skype gekommen. Dabei ist uns immer wieder<br />
<strong>auf</strong>gefallen, dass das übertragene Bild bei schlechter Internetverbindung eine schlechte Qualität hat. Also<br />
haben wir beschlossen, selber eine Software zu schreiben, um diesen Zustand zu verbessern. Mit diesem<br />
Programm sollen zwei per Internet verbundene Computer ein Bild mit bestmöglicher Qualität übertragen<br />
können, obwohl die Internetverbindung schlecht ist. Dieses Programm haben wir erfolgreich geschrieben.
Kurzfassung Stand 25<br />
30 Jahre <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong> @ <strong>Merck</strong>; Hessischer Landeswettbewerb am 14. und 15. März 2012<br />
www.merck.de/jugend-<strong>forscht</strong><br />
Fachgebiet Mathematik/Informatik<br />
Thema Typology – Von n-Grams, Graphdatenbanken und schnellem Tippen<br />
Teilnehmer: Name (Alter) Anschrift Schule/Institution/Betrieb<br />
Paul Georg Wagner (18) 64293 Darmstadt Edith-Stein-Schule<br />
Darmstadt<br />
Till Speicher (18) 66127 Saarbrücken Otto-Hahn-Gymnasium<br />
Saarbrücken<br />
Betreuung: Herr Dipl.-Math. Pickhardt<br />
Ort der Projekterstellung: privat/zu Hause<br />
Mit Computern verfassen wir heute Mails, erledigen Büroarbeit, chatten und speichern unsere Gedanken.<br />
Ohne die Eingabe von Text wären diese Tätigkeiten nicht denkbar.<br />
Texte schnell und effzient einzugeben, bereitet jedoch vielen Menschen Schwierigkeiten.<br />
Dies wird durch die zunehmend weiter verbreiteten kl<strong>einen</strong> Touchscreen-Tastaturen von Tabletts und<br />
Smartphones noch verschärft.<br />
Deshalb stellen wir ein System bereit, das in der Lage ist, den angefangenen Satz des Benutzers auszuwerten<br />
und ihm weitere Eingaben vorzuschlagen, die er in s<strong>einen</strong> Text übernehmen kann.Statistiken über die<br />
Häufigkeit verschiedener Satzfragmente in deutschen Texten erhalten wir in Form von n-Grams von Google<br />
Books und übertragen sie in eine Graphdatenbank.<br />
Datenbank und Abfragen haben wir <strong>auf</strong> verschiedene Arten modelliert und anschließend mithilfe von künstlicher<br />
Intelligenz die Parameter der Modelle bestimmt.<br />
Die Güte der verschiedenen Methoden testeten wir unter Verwendung von natürlichen Texten der Seiten<br />
blogger.de und Wikipedia.<br />
Mit dem von uns entwickelten System sind wir inzwischen in der Lage, bei zwei vorgegebenen Buchstaben<br />
innerhalb von 50 Millisekunden das gesuchte Wort in etwa 2 von 3 Fällen <strong>auf</strong> einem der ersten fünf Plätze<br />
vorzuschlagen.
Kurzfassung Stand 26<br />
30 Jahre <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong> @ <strong>Merck</strong>; Hessischer Landeswettbewerb am 14. und 15. März 2012<br />
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Fachgebiet Mathematik/Informatik<br />
Thema Wahrscheinlichkeitstheoretische Analyse des Mehrheitswahlrechts<br />
Teilnehmer: Name (Alter) Anschrift Schule/Institution/Betrieb<br />
Frederic Alberti (18) 35037 Marburg Gymnasium Philippinum<br />
Marburg<br />
Wahrscheinlichkeitstheoretische Analyse des Mehrheitswahlrechts – Kurzfassung<br />
Betreuung: Herr Rolbetzki<br />
Ort der Projekterstellung: privat/zu Hause<br />
Die Idee des Mehrheitswahlrechts ist so alt wie die der Demokratie selbst. Bei der klassischen Konzeption eines<br />
mehrheitswahlrechtlichen Systems bekommt jeder Wähler eine Stimme, die er einem Kandidaten seiner Wahl<br />
gibt. Nach dem Wahlgang werden diese gezählt und der Kandidat, der die meisten Stimmen erhalten hat, wird<br />
zum Sieger erklärt. Ein intuitives, transparentes System und <strong>auf</strong> den ersten <strong>Blick</strong> eine faire Sache.<br />
Wie so oft bei solch trügerisch einfachen Ideen, erkennt man auch hier die diesem Wahlprinzip innewohnende<br />
Problematik erst <strong>auf</strong> den zweiten <strong>Blick</strong>. So fragt man sich oft, ob es gerecht ist, dass ein Kandidat, der sich mit<br />
gerade einmal 21% der Gesamtstimmen gegen seine 5 Konkurrenten durchgesetzt hat, trotzdem "zu 100%<br />
gewinnt" – Das Mehrheitswahlrecht berücksichtigt ja nicht wie knapp eine Wahl ausgegangen ist. Alles was<br />
zählt, ist die schiere Anzahl der Stimmen.<br />
Ein weiterer möglicher Kritikpunkt bezieht sich <strong>auf</strong> den Grundsatz „ein Wähler – eine Stimme“, da es<br />
unangemessen erscheint, den politischen Willen eines Wählers <strong>auf</strong> diese eine Stimme zu reduzieren. In aller<br />
Regel wählt ein Wähler ja nicht einfach nur <strong>einen</strong> Kandidaten, sondern bildet in seiner Vorstellung, ob bewusst<br />
oder unbewusst, eine Rangfolge aus, in der er die zur Wahl stehenden Kandidaten seiner Sympathie<br />
entsprechend ordnet.<br />
Im Rahmen einer Klassensprechenwahl kann es passieren, dass ein Kandidat die Wahl gewinnt, obwohl er von<br />
der überwiegenden Mehrheit der Schüler regelrecht gehasst wird. Im Vorfeld hätten sich diese Schüler<br />
zusammenschließen können, um, statt den eigenen Favoriten zu wählen, sich <strong>auf</strong> <strong>einen</strong> Gegenkandidaten zu<br />
einigen und damit den Sieg des aus ihrer Sicht verhassten Kandidaten zu verhindern.<br />
Tatsächlich hat der amerikanische Mathematiker Arrow bereits <strong>einen</strong> Satz <strong>auf</strong>gestellt, der besagt, dass es bei<br />
jedem noch so ausgefeilten Wahlsystem dazu kommen kann, dass eine Gruppe von Wählern sich hätte<br />
zusammenschließen können, um das Ergebnis in ihrem Sinne zu manipulieren.<br />
In dieser Arbeit wird nicht nur gezeigt, dass der Satz von Arrow für das Mehrheitswahlrecht gilt (dies wäre nichts<br />
Neues), sondern auch,dass ab einer gewissen Anzahl von Wählern praktisch jedes Wahlergebnis eine<br />
Manipulation in der oben beschriebenen Art und Weise zulässt.
Kurzfassung Stand 27<br />
30 Jahre <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong> @ <strong>Merck</strong>; Hessischer Landeswettbewerb am 14. und 15. März 2012<br />
www.merck.de/jugend-<strong>forscht</strong><br />
Fachgebiet Mathematik/Informatik<br />
Thema Zelluläre Automaten <strong>auf</strong> einem trigonalen Gitter nach Art von Graphen<br />
Teilnehmer: Name (Alter) Anschrift Schule/Institution/Betrieb<br />
Leon Hendrian (17) 63674 Altenstadt Otto-Hahn-Schule<br />
Hanau<br />
Betreuung: Herr Dr. Centner<br />
Ort der Projekterstellung: privat/zu Hause<br />
Diese <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong>-Arbeit für den Wettbewerb 2012 beschäftigt sich mit der Entwicklung zellulärer Automaten<br />
<strong>auf</strong> einer trigonalen Struktur. Inspiriert wurde die Idee von der atomaren Struktur des Kohlenstoffmaterials<br />
Graphen. Im Anschluss an notwendige Definitionen und die Untersuchung der Raumstruktur werden 2 wichtige<br />
Lemmata über eine bestimmte Art von zellulären Automaten <strong>auf</strong> der betrachteten Raumstruktur bewiesen. Zum<br />
Schluss werden noch einige Eigenschaften von möglichen zellulären Automaten betrachtet.
Kurzfassung Stand 28<br />
Thema Ansätze zur Miniaturisierung der Anzeige von elektrischen Größen<br />
(Akustisches Voltmeter)<br />
Teilnehmer: Name (Alter) Anschrift Schule/Institution/Betrieb<br />
Lisa Sophie Seeger (15) 64747 Breuberg Gymnasium Michelstadt<br />
Michelstadt<br />
30 Jahre <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong> @ <strong>Merck</strong>; Hessischer Landeswettbewerb am 14. und 15. März 2012<br />
www.merck.de/jugend-<strong>forscht</strong><br />
Fachgebiet Physik<br />
Betreuung: Herr Dr. Trefz<br />
Ort der Projekterstellung: Gymnasium Michelstadt<br />
Die Verwendung von unterschiedlichen Sensoren läuft in der Regel <strong>auf</strong> die Anzeige der elektrischen Spannung<br />
hinaus, wobei die Anzeige gewöhnlich viel größer ist als der Sensor selbst.<br />
In dieser Arbeit werden bestimmte Schaltungen gebaut und erprobt, die zur wesentlichen Verringerung der<br />
Anzeigegeräte führen sollen. Als fruchtbar hat sich der Ansatz der akustischen Anzeige, realisiert mit einem<br />
Mikrocontroller, erwiesen.<br />
Begonnen wurde mit dem Bau eines akustischen Voltmeters, das die elektrische Spannung als Ton widergibt,<br />
der je nach Größe der Spannung in Höhe und Länge variiert.<br />
Im Gegensatz zu den Voltmetern, die man z. B. aus dem Physikunterricht kennt, ist das akustische Voltmeter<br />
definitiv kleiner und verbraucht weniger Strom. Die Messgenauigkeit des Voltmeters liegt bei ca. 95% (durch<br />
Proben ermittelt). Das Voltmeter kann für Spannungen von 1-12 Volt verwendet werden.<br />
Für die Verwendung des Voltmeters ist ein gutes Gehör Voraussetzung, da man die unterschiedlichen Töne<br />
den einzelnen Spannungshöhen zuordnen können muss.
Kurzfassung Stand 29<br />
Thema Die Wasserbrücke<br />
Teilnehmer: Name (Alter) Anschrift Schule/Institution/Betrieb<br />
Benjamin Aslan (18) 34233 Fuldatal Goetheschule<br />
Kassel<br />
Philipp Breul (18) 34260 K<strong>auf</strong>ungen Goetheschule<br />
Kassel<br />
Nils Beyer (19) 34128 Kassel Friedrichsgymnasium<br />
Kassel<br />
30 Jahre <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong> @ <strong>Merck</strong>; Hessischer Landeswettbewerb am 14. und 15. März 2012<br />
www.merck.de/jugend-<strong>forscht</strong><br />
Fachgebiet Physik<br />
Betreuung: Herr Rott<br />
Ort der Projekterstellung: Goetheschule<br />
Unser Projekt beschäftigt sich mit dem weitgehend uner<strong>forscht</strong>en Phänomen der Wasserbrücke.<br />
Hierbei handelt es sich um eine schwebende Verbindung aus reinem, Hochspannung ausgesetztem Wasser<br />
zwischen zwei Bechergläsern.<br />
Das Ziel unserer Arbeit ist, ein durch Experimente gestütztes Modell zu entwickeln.<br />
Die Schwerpunkte unserer Arbeit liegen <strong>auf</strong> der Untersuchung des Masse- und Ladungstransportes, außerdem<br />
<strong>auf</strong> der von uns entdeckten Fähigkeit zur Schwingung der Wasserbrücke.
Kurzfassung Stand 30<br />
Thema Rauschanalyse von Musik<br />
Teilnehmer: Name (Alter) Anschrift Schule/Institution/Betrieb<br />
Kristina Sprenger (18) 34292 Ahnatal Albert-Schweitzer-Schule<br />
Kassel<br />
Clemens Borys (18) 34246 Vellmar Friedrichsgymnasium<br />
Kassel<br />
30 Jahre <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong> @ <strong>Merck</strong>; Hessischer Landeswettbewerb am 14. und 15. März 2012<br />
www.merck.de/jugend-<strong>forscht</strong><br />
Fachgebiet Physik<br />
Betreuung: Herr Eilmes<br />
Ort der Projekterstellung: Albert-Schweitzer-Schule<br />
Durch eine Rauschanalyse können akustische Signale, also auch unterschiedliche Musikstücke, anhand ihrer<br />
Leistungsspektren unterschieden werden. Damit kann man Aussagen über Schwankungen von Amplituden und<br />
Tonhöhen der Musikstücke machen.<br />
Weiterhin kann man diese Muster isolieren und somit aus dem Ursprungssignal entfernen.<br />
Mit diesem Verfahren wollen wir unterschiedliche Musikstücke charakterisieren und Unterschiede zwischen<br />
verschiedenen Musikgattungen <strong>auf</strong>zeigen. Dabei spielt auch das Erkennen von Mustern und wiederkehrenden<br />
Strukturen eine Rolle.
Kurzfassung Stand 31<br />
Thema Schallpyrometrie im Raumtemperaturbereich<br />
Teilnehmer: Name (Alter) Anschrift Schule/Institution/Betrieb<br />
30 Jahre <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong> @ <strong>Merck</strong>; Hessischer Landeswettbewerb am 14. und 15. März 2012<br />
www.merck.de/jugend-<strong>forscht</strong><br />
Fachgebiet Physik<br />
Jonas Kölzer (19) 35683 Dillenburg Wilhelm-von-Oranien-Schule<br />
Dillenburg<br />
Nico Hofeditz (19) 35708 Haiger Wilhelm-von-Oranien-Schule<br />
Dillenburg<br />
Betreuung: Herr Dr. Brockhaus<br />
Ort der Projekterstellung: Wilhelm-von-Oranien-Schule<br />
Vielleicht ist Ihnen folgende Situation bekannt: Hat man im Winter einmal kurz ein Zimmer gelüftet und betritt es<br />
wieder, so ist es <strong>auf</strong> einmal ziemlich kalt. Ein <strong>Blick</strong> <strong>auf</strong> das gute, alte Flüssigkeitsthermometer <strong>auf</strong> der anderen<br />
Seite des Raums zeigt jedoch: Die Temperatur liegt bei 20°C.<br />
Dass diese Aussage falsch ist, merkt man spätestens dann, wenn man einige Zeit in diesem Raum verbringt<br />
und ihn wegen der vermeintlich warmen Raumtemperatur nicht weiter beheizt. Zum <strong>einen</strong> fühlt es sich weiterhin<br />
kalt an, zum anderen sinkt aber auch die vom Thermometer angezeigte Temperatur.<br />
Die Entwicklung eines völlig trägheitslosen Thermometers war im vergangenen Jahr und ist auch in diesem<br />
Jahr wieder Thema unserer Arbeit. Das Thermometer registriert jede Änderung der Temperatur ohne sichtbare<br />
Verzögerungen.<br />
Es funktioniert dabei <strong>auf</strong> schallpyrometrischer Basis. Das bedeutet, dass eine Messung der Lufttemperatur<br />
mithilfe von Schallwellen, also völlig berührungslos, vorgenommen wird. Dies geschieht durch eine<br />
L<strong>auf</strong>zeitmessung mit einem Lautsprecher und zwei Mikrofonen. Da sich die Schallgeschwindigkeit mit der<br />
Temperatur ändert, ist es möglich, über die Messung der Geschwindigkeit einer Schallwelle eine<br />
Temperaturangabe zu machen.<br />
Das Thermometer wurde in diesem Jahr so weit verbessert, dass es nun möglich ist, die Temperatur im Bereich<br />
von 10°C bis 30°C <strong>auf</strong> +/- 0,4°C genau zu bestimmen.<br />
Dies gelang durch eine Veränderung des Signaltons, sowie des Impuls-Pausenverhältnisses am Frequenzgenerator<br />
und durch elektrisches Triggern. In Kooperation mit Unternehmen entstand ein Metallträger für die<br />
Mikrofone, deren Abstand anschließend, ebenfalls mit Unterstützung einer Firma, durch eine Präzisionsmessung<br />
exakt ermittelt wurde.<br />
Außerdem können in diesem Jahr Referenzmessungen mit einem elektrischen Thermometer, welches mit<br />
Thermoelementen funktioniert, gemacht werden, um Messungen <strong>auf</strong> direktem Wege zu überprüfen und so ein<br />
Vergleich des Schallthermometers zu einem zweiten Thermometer gewagt werden.<br />
Eins steht dabei in jedem Fall fest: „Falls es bei <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong> in diesem Jahr zu heiß hergehen sollte, wissen<br />
wir zuerst Bescheid!“
Kurzfassung Stand 32<br />
Thema Thermohanf – der neue Innendämmstoff?<br />
Teilnehmer: Name (Alter) Anschrift Schule/Institution/Betrieb<br />
Johannes Lenhart (16) 64342 Seeheim-Jugenheim Schuldorf Bergstraße<br />
Seeheim-Jugenheim<br />
Dominik Jenicek (16) 64342 Seeheim Schuldorf Bergstraße<br />
Seeheim-Jugenheim<br />
Moritz Spiske (16) 64342 Seeheim Schuldorf Bergstraße<br />
Seeheim-Jugenheim<br />
30 Jahre <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong> @ <strong>Merck</strong>; Hessischer Landeswettbewerb am 14. und 15. März 2012<br />
www.merck.de/jugend-<strong>forscht</strong><br />
Fachgebiet Physik<br />
Betreuung: Herr Heckmann<br />
Ort der Projekterstellung: Schuldorf Bergstraße<br />
Bei der Innendämmung besteht das Problem, dass sich zwischen Isolierschicht und Außenwand oft<br />
Kondenswasser und damit Schimmel bildet. Das kann man durch eine dampfdichte Folie vor der Isolierung<br />
verhindern. Die andere Möglichkeit besteht darin, den Isolierstoff offen zum Innenraum zu verwenden. Dazu<br />
muss der Isolierstoff in der Lage sein Feuchtigkeit <strong>auf</strong>zunehmen und abzugeben. Laut Hersteller soll<br />
Thermohanf dazu gut geeignet sein.<br />
Aus diesem Grund haben wir Thermohanf <strong>auf</strong> seine Dämmeigenschaften geprüft. Wir haben ihn mit unterschiedlichen<br />
Wassermengen eingesprüht und untersucht, inwieweit sich die Wärmedämmeigenschaften<br />
geändert haben.
Kurzfassung Stand 33<br />
Thema Der Flettner-Rotor – Neuer Auftrieb für Windkraftanlagen?<br />
Teilnehmer: Name (Alter) Anschrift Schule/Institution/Betrieb<br />
30 Jahre <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong> @ <strong>Merck</strong>; Hessischer Landeswettbewerb am 14. und 15. März 2012<br />
www.merck.de/jugend-<strong>forscht</strong><br />
Fachgebiet Technik<br />
Matthias Göbel (17) 64291 Darmstadt Ludwig-Georgs-Gymnasium<br />
Darmstadt<br />
Philipp Menge (16) 64372 Ober-Ramstadt Ludwig-Georgs-Gymnasium<br />
Darmstadt<br />
Betreuung: Herr Dr. Balzhäuser<br />
Ort der Projekterstellung: privat/zu Hause<br />
Deutschland befindet sich <strong>auf</strong> dem Weg in eine erneuerbare Energieversorgung, wobei die Windenergie<br />
<strong>auf</strong>grund ihres enormen Potentials eine tragende Rolle einnehmen wird. Bei Windkraftanlagen sorgen<br />
Flügelprofile seit mehr als 80 Jahren für den nötigen Auftrieb. Doch gibt es hierfür Alternativen?<br />
Unser Projekt befasst sich mit einer Windkraftanlage <strong>auf</strong> Basis des Flettner-Rotors. Bei diesem handelt es sich<br />
um <strong>einen</strong> rotierenden Zylinder, an dem bei Wind nach dem Magnus-Effekt eine Auftriebskraft entsteht. Diese<br />
Kraft soll zum Antrieb der Windenergieanlage genutzt werden. Vorteile gegenüber herkömmlichen Windkraftanlagen<br />
sind einfache Bauweise und geringere Kosten, gute Regulierbarkeit, schnelle Abschaltung bei Sturm<br />
und geringere Gefahren für Vögel. Zudem produziert eine solche Anlage schon bei niedrigeren Windgeschwindigkeiten<br />
Strom.<br />
Zunächst haben wir in zahlreichen Experimenten Erfahrungen zur Optimierung des Flettner-Rotors gesammelt.<br />
Dabei haben wir herausgefunden, dass es noch eine kaum bekannte Variante dieses drehenden Zylinders gibt,<br />
die wichtige Vorteile bietet.<br />
Weiterhin berechneten wir die Abmessungen und die Eckdaten einer solchen Windkraftanlage. Hierbei<br />
berücksichtigten wir sowohl horizontale als auch vertikale B<strong>auf</strong>ormen. Basierend <strong>auf</strong> den gewonnenen<br />
Erkenntnissen und der Berechnung bauen wir <strong>einen</strong> Prototyp der Windenergieanlage, an dem unsere<br />
Erwartungen überprüft werden können.<br />
Wichtige Kriterien sind für uns Effizienz, Robustheit und geringe Kosten, so dass auch eine Anwendung als<br />
Kleinwindkraftanlage interessant werden könnte.
Kurzfassung Stand 34<br />
Thema Energiebilanzen beim Getreidemahlen<br />
Teilnehmer: Name (Alter) Anschrift Schule/Institution/Betrieb<br />
30 Jahre <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong> @ <strong>Merck</strong>; Hessischer Landeswettbewerb am 14. und 15. März 2012<br />
www.merck.de/jugend-<strong>forscht</strong><br />
Fachgebiet Technik<br />
Niklas Fendel (16) 65817 Eppstein Freiherr-vom-Stein-Schule<br />
Eppstein<br />
Betreuung: Herr Könekamp<br />
Ort der Projekterstellung: Freiherr-vom-Stein-Schule<br />
Zu meinem Thema mit dem Getreidemahlen kam ich über mehrere Wege. Meine Schule, die Freiherr-vom-<br />
Stein-Schule, hat verschiedene Verbindungen zu Entwicklungsländern, u. a. dort auch zu einer Schule. Daher<br />
wissen wir, dass dort Menschen in Krankenhäusern liegen und sogar an inneren Blutungen starben, da Teile<br />
des primitiven Steinmahlwerkzeuges (Mörser) über die Nahrung in den Körper gelangt sind. Zum anderen mein<br />
Interesse an Technik und dem Physikunterricht, in dem wir Strecken, Kräfte, Arbeit, Leistung, und Energie<br />
durchgenommen haben. Mich interessiert auch die technische Anwendung der physikalischen Größen in der<br />
Praxis, da ich aus einer Müller-Familie stamme.<br />
Deswegen habe ich mir als Ziel gesetzt, eine möglichst einfache, robuste und effektive „Haushaltsmühle“ zu<br />
finden, die die unterschiedlichsten Anforderungen an das Mahlen von Roggen, Weizen, Hafer, Mais, usw.<br />
erfüllt.<br />
Diese Mühle sollte dann auch für Verhältnisse in Entwicklungsländern einsatzfähig gemacht werden. Das heißt,<br />
dass sie praktikabel, preisgünstig und ggf. leicht zu reparieren sein muss und keine speziellen Ersatzteile<br />
benötigen darf.<br />
Die mir für Versuche zur Verfügung gestellte Mühle, der Firma „HAWOS“, entspricht mit Modifikationen diesen<br />
Anforderungen. Mit dieser Mühle wollte ich u. a. untersuchen, wie viel Energie nötig ist, um verschiedene<br />
Getreidesorten zu Schrot oder Mehl zu mahlen. Weiter wollte ich untersuchen, welche Energieformen und<br />
Antriebsmöglichkeiten sich eignen, um die Mühle leichter und komfortabler zu betreiben.
Kurzfassung Stand 35<br />
Thema Kann man Magnesium als Wasserstoff-Speicher verwenden?<br />
Teilnehmer: Name (Alter) Anschrift Schule/Institution/Betrieb<br />
Elias Chalwatzis (15) 64625 Bensheim-Auerbach Goethe-Gymnasium<br />
Bensheim<br />
Daniel Crusius (14) 64646 Heppenheim Goethe-Gymnasium<br />
Bensheim<br />
30 Jahre <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong> @ <strong>Merck</strong>; Hessischer Landeswettbewerb am 14. und 15. März 2012<br />
www.merck.de/jugend-<strong>forscht</strong><br />
Fachgebiet Technik<br />
Betreuung: Herr Harjes<br />
Ort der Projekterstellung: Goethe-Gymnasium<br />
Schon in unserer letzten <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong>-Arbeit stellten wir uns die Frage, wie man Wasserstoff speichern kann.<br />
In der <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong>-AG unserer Schule haben wir in einem Versuch <strong>einen</strong> Magnesiumanspitzer angezündet<br />
und versucht diesen mit Wasser zu löschen. Hier gab es aber eine stark exotherme Reaktion. Aus dem<br />
Chemieunterricht war uns bereits bekannt, dass Erdalkalimetalle – also auch Magnesium – mit Säuren<br />
Wasserstoff bilden. Warum sollte man Wasserstoff also nicht in Form von Magnesium speichern können?<br />
Dar<strong>auf</strong>hin mussten wir nur noch eine geeignete Säure finden, welche es zudem kostengünstig zu erwerben<br />
gab. Als erstes sprang uns dabei die Essigsäure aus dem Spülschrank ins Auge. Schließlich haben wir eine<br />
Apparatur gebaut, mit der wir ein mit Brennstoffzelle fahrendes Auto betreiben können.
Kurzfassung Stand 36<br />
Thema Komplettes Beleuchtungssystem mit integriertem Bremslicht für<br />
Fahrräder<br />
Teilnehmer: Name (Alter) Anschrift Schule/Institution/Betrieb<br />
30 Jahre <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong> @ <strong>Merck</strong>; Hessischer Landeswettbewerb am 14. und 15. März 2012<br />
www.merck.de/jugend-<strong>forscht</strong><br />
Fachgebiet Technik<br />
Robin Scheich (18) 61352 Bad Homburg Kaiserin-Friedrich-Gymnasium<br />
Bad Homburg v. d. Höhe<br />
Nicolas Alberti (19) 61352 Bad Homburg Humboldtschule<br />
Bad Homburg v. d. Höhe<br />
Betreuung: Herr Dr. Mayer<br />
Ort der Projekterstellung: privat/zu Hause<br />
Ausgerechnet die im Straßenverkehr ohnehin benachteiligten Fahrräder sind im Vergleich zu motorisierten<br />
Fahrzeugen grundsätzlich „unterbelichtet“: Es fehlt ein Bremslicht, das viele kritische Situationen entschärfen<br />
würde (auch im Rennbetrieb).<br />
Im Mittelpunkt unseres Projektes steht die Weiterentwicklung des kostengünstigen Bremslichtsystems für<br />
Fahrräder, welches bereits vor zwei Jahren unter dem Titel „Bremslicht fürs Fahrrad“ vorgestellt wurde.<br />
Die Bremsleuchte ist nun in die normale Beleuchtung integriert, so dass man keine zusätzliche Lampe benötigt.<br />
Außerdem ist der Bremslichtschalter so angebracht, dass er im Unterschied zum alten System in alle<br />
Handhebel-Bremssysteme eingebaut werden kann.<br />
Weiterhin zeichnet sich die Weiterentwicklung durch verbesserte Stecker, <strong>einen</strong> Schlüsselschalter zum<br />
Aktivieren und Schützen des Systems und eine durch <strong>einen</strong> Mikrocontroller gesteuerte Schaltung aus.
Kurzfassung Stand 37<br />
Thema Methan aus dem Kuhstall – Treibhausgas und Energieträger<br />
Teilnehmer: Name (Alter) Anschrift Schule/Institution/Betrieb<br />
30 Jahre <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong> @ <strong>Merck</strong>; Hessischer Landeswettbewerb am 14. und 15. März 2012<br />
www.merck.de/jugend-<strong>forscht</strong><br />
Fachgebiet Technik<br />
Antonia Küpferling (15) 36119 Neuhof-Hauswurz Wernher-von-Braun-Schule<br />
Neuhof<br />
Joshua Heindl (15) 36119 Neuhof Wernher-von-Braun-Schule<br />
Neuhof<br />
Fabian Hack (15) 36148 Kalbach-Niederkalbach Wernher-von-Braun-Schule<br />
Neuhof<br />
Betreuung: Herr Elschner<br />
Ort der Projekterstellung: Wernher-von-Braun-Schule<br />
Klimawandel und Treibhauseffekt sind Schlagworte in der heutigen Umweltschutzdiskussion. Da Methan als<br />
besonders effektvolles Treibhausgas gilt, ist der Rinderzucht und Milchviehwirtschaft ein bedeutender Teil der<br />
Verantwortung bei der Erzeugung von klimaschädigenden Gasen – zumindest in der öffentlichen Diskussion –<br />
zugeschrieben worden.<br />
Methan ist aber auch als Energieträger bekannt: Es ist der wesentliche Bestandteil des Erdgases und wird in<br />
Biogasanlagen bewusst erzeugt.<br />
Da jede Kuh ein kleiner Biogasreaktor ist, ist es denkbar, dass das bisher nutzlose und klimaschädigende aus<br />
den Dächern der Kuhställe entweichende Methan <strong>auf</strong>gefangen und als Energieträger in kl<strong>einen</strong>, dezentralen<br />
Anlagen genutzt wird. Der Effekt einer erfolgreichen Lösung liegt <strong>auf</strong> der Hand: Nachhaltiger Umweltschutz und<br />
energetische Nutzung.<br />
In einer Gasfalle am Dachfirst eines Rinderstalls wird das <strong>auf</strong>steigende Methan <strong>auf</strong>gefangen. Ein Roboter <strong>auf</strong><br />
der Basis des LEGO-Mindstorms-Systems füllt Gasproben in Flaschen ab, so dass über Verbrennungs- und<br />
Explosionsversuche der Methangehalt des <strong>auf</strong>gefangenen Gases ermittelt und dessen energetische<br />
Verwertbarkeit untersucht werden kann.