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 />
Sparte <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong> Fachgebiet Arbeitswelt<br />
Thema Autofluoreszenz von Zähnen in der Mundhöhle<br />
Teilnehmer: Name (Alter) Anschrift Schule / Institution / Betrieb<br />
Clarissa Schreiber (20) 35039 Marburg/Lahn Zahnklinik<br />
35033 Marburg/Lahn<br />
Ariana Penner (21) 35037 Marburg/Lahn Zahnklinik<br />
35033 Marburg/Lahn<br />
Thorsten Dresel (20) 65719 Hofheim Zahnklinik<br />
35033 Marburg/Lahn<br />
Betreuer/in Michael Gente<br />
Im zahnärztlichen Alltag spielt die Erkennung von zahnfarbenen Restaurationen eine große Rolle. Vor allem<br />
Studenten fällt dies zu Anfang sehr schwer. Fluoreszenz wird mittlerweile immer häufiger im Bereich der<br />
Zahnheilkunde benutzt, z.B. zur Kariesdiagnose. Dabei nutzt man die Tatsache, dass krankes Gewebe stärker<br />
fluoresziert als gesundes Gewebe.<br />
Deshalb haben wir uns die Frage gestellt, ob Fremdmaterial im Mund mithilfe von Fluoreszenz ebenfalls besser<br />
zu identifizieren ist.<br />
Zur Untersuchung dieser These haben wir Zähne mit zahnfarbenen Veneers, Kronen und Füllungen mit einer<br />
LED-Lampe mit blauem Licht (Wellenlänge 460 +/- 20 nm) beleuchtet und sie durch verschiedene Filter<br />
betrachtet. Um den Effekt hervorzuheben, mussten wir den Lichteinfluss weiterer Lichtquellen reduzieren. Dabei<br />
sah man, dass bei der Betrachtung durch bestimmte Filter, zahnfarbene Restaurationen deutlich weniger<br />
fluoreszierten, als die natürlichen Zahnflächen. Somit konnte man einfach und schnell das Fremdmaterial in der<br />
Mundhöhle erkennen.<br />
Wir erklären diesen Unterschied mit der Physiologie des menschlichen Auges.<br />
Unser Ergebnis ist für die Arbeitswelt interessant, da jeder Zahnarzt diese Methode mit einer handelsüblichen<br />
LED-Polymerisationslampe, die zur Kunststoffaushärtung verwendet wird, und einem preisgünstigen Filter<br />
anwenden kann.<br />
Landeswettbewerb <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong> bei <strong>Merck</strong> in Darmstadt 10./11. März 2010<br />
www.merck.de/jugend-<strong>forscht</strong><br />
Stand: 23.02.2010
Kurzfassung Stand 2<br />
Sparte <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong> Fachgebiet Arbeitswelt<br />
Thema Chemie für Blinde - ein automatischer Farb-Ton-Wandler<br />
Teilnehmer: Name (Alter) Anschrift Schule / Institution / Betrieb<br />
Lutz Broszio (19) 65589 Hadamar-Oberweyer Fürst-Johann-Ludwig-Schule<br />
65589 Hadamar<br />
Betreuer/in Max Broszio<br />
Chemische Demonstrationsversuche im Schulunterricht gehen häufig mit Farbwechselreaktionen einher: Ob bei<br />
'Säure-Base-Reaktionen' oder 'Komplexchemie' - die Farbe ist entscheidend. Um sehbehinderten Schülern die<br />
Möglichkeit zu geben solche Versuche eigenständig durchzuführen wird ausgehend von einer digitalen USB-<br />
Kamera die 'Umwandlung' von Farben in Töne durch eine selbst geschriebene Software durchgeführt.<br />
Die Reaktionslösung wird in einem handelsüblichen Becherglas vorgelegt – eine außenlichtunabhängige<br />
Ausleuchtung der Lösung wird durch den Einsatz von Warmton-LEDs erreicht. Die Stromversorgung erfolgt<br />
ebenfalls über USB-Anschluss, so dass der Farb-Ton-Wandler unabhängig von externen Stromquellen neben<br />
einem Laptop betrieben werden kann. Die hörbare Ausgabe der Farbinformation kann sowohl als Sprache<br />
erfolgen als auch als Töne verschiedener Höhe oder als Intervall.<br />
Um zusätzlich den Themenbereich 'Fällungsreaktionen' einzubinden kann mit einem f<strong>einen</strong> Laserstrahl und<br />
einer Solarzelle die Lichtdurchlässigkeit der Lösung ermittelt und in die akustische Ausgabe integriert werden.<br />
Neben Entwicklung und Optimierung des Aufbaus und der Software wurden Demonstrationsexperimente<br />
entwickelt, welche zunächst im Versuch mit sehenden Schülern verbessert und schließlich im Unterricht mit teils<br />
vollblinden Schülern getestet wurden.<br />
Nach den erfolgreichen Tests soll der Farb-Ton-Wandler s<strong>einen</strong> Einsatz im Rahmen der Marburger<br />
Blindenstudienanstalt und des Marburger 'Chemikums' finden.<br />
Landeswettbewerb <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong> bei <strong>Merck</strong> in Darmstadt 10./11. März 2010<br />
www.merck.de/jugend-<strong>forscht</strong><br />
Stand: 23.02.2010
Kurzfassung Stand 3<br />
Sparte <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong> Fachgebiet Arbeitswelt<br />
Thema ELT(Emergency Local Transmitter) für Motorradfahrer<br />
Teilnehmer: Name (Alter) Anschrift Schule / Institution / Betrieb<br />
Matthias Ruh (15) 68642 Bürstadt Erich-Kästner-Schule<br />
68642 Bürstadt<br />
Daniel Heiser (15) 68642 Bürstadt Erich-Kästner-Schule<br />
68642 Bürstadt<br />
Marius Gutzeit (15) 68642 Bürstadt Erich-Kästner-Schule<br />
68642 Bürstadt<br />
Betreuer/in Tobias Johann<br />
Kurzfassung: Das ELT ist ein Notfall-Benachrichtigungs System im/am Helm, welches bei einem Unfall auslöst,<br />
GPS Daten abruft und den Notruf verständigt. Somit soll die Wartezeit <strong>auf</strong> Hilfe verringert werden und die<br />
Überlebenschancen steigen. Der Notruf wird via SMS an die nächste Notrufzentrale übermittelt, welche die<br />
genauen GPS-Daten zur Ortsbestimmung enthält. Die Auslösung findet mit verschiedenen, miteinander<br />
vernetzten Sensoren statt.<br />
Landeswettbewerb <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong> bei <strong>Merck</strong> in Darmstadt 10./11. März 2010<br />
www.merck.de/jugend-<strong>forscht</strong><br />
Stand: 23.02.2010
Kurzfassung Stand 4<br />
Sparte <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong> Fachgebiet Arbeitswelt<br />
Thema Stinkfreier Mülleimer<br />
Teilnehmer: Name (Alter) Anschrift Schule / Institution / Betrieb<br />
Birk Magnussen (9) 34131 Kassel Wilhelmsgymnasium<br />
34131 Kassel<br />
Betreuer/in<br />
Ich will, dass mein Mülleimer nicht mehr stinkt. Ich habe <strong>einen</strong> Mülleimerdeckel gebaut, der den Gestank<br />
absaugt. Ich habe einige Tests mit m<strong>einen</strong> Mülleimern gemacht um meine Absaugtheorie zu beweisen. Das<br />
Ergebnis dieser Tests zeigt, dass aus meinem Mülleimer viel weniger Gestank entweicht als aus<br />
herkömmlichen Mülleimern.<br />
Landeswettbewerb <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong> bei <strong>Merck</strong> in Darmstadt 10./11. März 2010<br />
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Stand: 23.02.2010
Kurzfassung Stand 5<br />
Sparte <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong> Fachgebiet Biologie<br />
Thema Biogas - Alternativer Brennstoff aus pflanzlichem Abfallmaterial<br />
Teilnehmer: Name (Alter) Anschrift Schule / Institution / Betrieb<br />
Kai Kipfstuhl (15) 68642 Bürstadt Erich-Kästner-Schule<br />
68642 Bürstadt<br />
Yang-Yang Tim Wang (15) 64683 Einhausen Erich-Kästner-Schule<br />
68642 Bürstadt<br />
Christos Kyriakou (15) 68642 Bürstadt Erich-Kästner-Schule<br />
68642 Bürstadt<br />
Betreuer/in Dr. Elke Wagner-Pommerenke<br />
Fossile Brennstoffe verursachen nicht nur massive Umweltprobleme, sondern sind auch nur noch begrenzt<br />
vorhanden. Alternativen bieten regenerative Energieformen, u.a. neben Sonnen- und Windenergie auch Biogas<br />
/ Ethanol aus Pflanzenmaterial. Das Problem bei Letzterem besteht darin, dass hierfür überwiegend<br />
Futterpflanzen (Lebensmittel) als Ausgangsmaterial verwendet werden. Unsere Idee war daher, Pflanzen als<br />
Ausgangsmaterial zu testen, die als "Bioabfall" in größeren Mengen zur Verfügung stehen, wie z.B. Gras oder<br />
Algen. Ferner ist bekannt, dass Wiederkäuer größere Mengen Methan produzieren, was uns <strong>auf</strong> die Idee<br />
brachte, diese Pflanzenmaterialien mit Teilen von Rindermägen zu vergären.<br />
Landeswettbewerb <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong> bei <strong>Merck</strong> in Darmstadt 10./11. März 2010<br />
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Stand: 23.02.2010
Kurzfassung Stand 6<br />
Sparte <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong> Fachgebiet Biologie<br />
Thema Die Wirkung von Mozart & Co. <strong>auf</strong> menschliche Keratinozyten<br />
Teilnehmer: Name (Alter) Anschrift Schule / Institution / Betrieb<br />
Ann-Kathrin Förster (20) 63477 Maintal Zentrum der Dermatologie und<br />
Venerologie<br />
60590 Frankfurt am Main<br />
Betreuer/in Prof. Dr. rer. nat. August Bernd<br />
Es gibt zahlreiche Studien, die sich mit der Wirkung von Musik beschäftigt haben.<br />
Bekannt geworden ist beispielsweise der „Mozart-Effekt“ bei Menschen. Aber auch bei Kühen scheint Musik zu<br />
wirken, denn sie sollen mehr Milch geben, wenn sie Mozart hören und Beobachtungen nach sch<strong>einen</strong> manche<br />
Pflanzen in Richtung des Lautsprechers zu wachsen, wenn ihnen die vorgespielte Musik gefällt.<br />
In meiner Arbeit habe ich mich mit der spannenden Frage beschäftigt, ob Musik auch <strong>einen</strong> nachweisbaren<br />
Effekt <strong>auf</strong> menschliche Keratinozyten hat und wenn ja, welche Parameter (z.B. Musikrichtung oder<br />
Beschallungsdauer) dabei eine Rolle spielen. Hierzu wurden Versuche durchgeführt, in denen nach erfolgter<br />
Beschallung der Zellen deren Stoffwechselaktivität mit Hilfe von AlamarBlue-Assays sowie die<br />
Zellproliferationsrate mit Hilfe von BrdU- und ³[H]-Thymidineinbau untersucht wurden.<br />
Es konnte gezeigt werden, dass Zellen der verwendeten HaCaT-Zelllinie (freundlicherweise überlassen von der<br />
Arbeitsgruppe Fusening, Heidelberg) <strong>auf</strong> eine abwechselnde Beschallung von Mozart und Eminem unter<br />
bestimmten Versuchsbedingungen mit einer erhöhten Stoffwechselaktivität und einer gesteigerten<br />
Zellproliferation reagieren.<br />
Eine reine Beschallung mit Mozart oder Eminem führte zu keinem nachweisbaren Effekt.<br />
Aus Publikationen ist bekannt, dass bei mechanischen Dehnungsreizen Adhäsionsmoleküle als Rezeptoren<br />
fungieren und schließlich zu einer gesteigerten Zellproliferation führen. Auch in m<strong>einen</strong> Versuchen lässt sich<br />
eine mechanische Stimulierung der Zellen ausgelöst durch die Beschallung vermuten. Hierfür spricht<br />
beispielsweise der während der Beschallung notwendige Kontakt von Zellkulturflasche und Brutschrankboden.<br />
Der Boden fungiert höchstwahrscheinlich mit als Überträger des Schalls. Da die HaCaT-Zellen über<br />
Adhäsionsmoleküle am Flaschenboden haften, ist es nahe liegend, dass diese auch hier als Rezeptoren die<br />
mechanischen Reize (ausgelöst durch die Musik) weiterleiten. Es ist zu vermuten, dass besonders „harte<br />
Basstöne“, die vor allem in Hip-Hop-Musik sehr gleichrhythmisch vorkommen, die Kulturflaschen in diese<br />
„Schwingungen“ versetzen. Die Klänge von Mozart sind vermutlich als „Ruhepausen“ zu betrachten. Sie sind<br />
jedoch ebenfalls zwingend notwendig, um den gewünschten Effekt zu erzielen.<br />
In den nächsten Schritten ließe sich beispielsweise erforschen, wie der durch Musik bewirkte Effekt <strong>auf</strong><br />
Keratinozyten genutzt werden kann. Da in diesem Fall der Zellkultur keine Stoffe zugegeben werden müssen,<br />
die unter Umständen für den Menschen schädlich sein könnten, dennoch aber das Zellwachstum beschleunigt<br />
wird, könnte eine Methode entwickelt werden, Haut beispielsweise für Verbrennungsopfer möglichst schnell zu<br />
züchten. So würde eine schnellere Transplantation möglich und Infektionsrisiken für den Patienten könnten<br />
vermindert werden.<br />
Landeswettbewerb <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong> bei <strong>Merck</strong> in Darmstadt 10./11. März 2010<br />
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Stand: 23.02.2010
Kurzfassung Stand 7<br />
Sparte <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong> Fachgebiet Biologie<br />
Thema Ist die Hecke ein guter oder eher ein schlechter Lebensraum für heimische Vögel, wie<br />
Blaumeise und Co.?<br />
Teilnehmer: Name (Alter) Anschrift Schule / Institution / Betrieb<br />
Lennart Schmitt (14) 36381 Breitenbach Ulrich-von-Hutten-Gymnasium<br />
36381 Schlüchtern<br />
Betreuer/in Dr. Karl-Heinz Schmidt<br />
Ich habe mehrere Hecken in der Nähe meines Dorfes, die mit insgesamt 174 Nisthöhlen bestückt wurden, mit<br />
einem angrenzenden Waldgebiet verglichen.<br />
Die Daten aus den Heckengebieten habe ich zwischen Mitte März und Ende August 2009 selbst gesammelt.<br />
Die Daten aus einem benachbarten Waldgebiet wurden mir freundlicherweise von der Ökologischen<br />
Forschungsstation Schlüchtern e.V. zur Verfügung gestellt.<br />
Bei m<strong>einen</strong> Untersuchungen bin ich <strong>auf</strong> folgende Bereiche eingegangen:<br />
Artenverteilung, Zeitpunkt der Eiablage, Gelegegröße, Schlüpfrate, Bruterfolg, Besetzungsrate und<br />
Räubereinfluss.<br />
Landeswettbewerb <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong> bei <strong>Merck</strong> in Darmstadt 10./11. März 2010<br />
www.merck.de/jugend-<strong>forscht</strong><br />
Stand: 23.02.2010
Kurzfassung Stand 8<br />
Sparte <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong> Fachgebiet Biologie<br />
Thema Nitrifizierende Bakterien und deren bevorzugte Substrate im Aquarium<br />
Teilnehmer: Name (Alter) Anschrift Schule / Institution / Betrieb<br />
Samuel Bernhardt (19) 35633 Lahnau August-Hermann-Francke-Schule<br />
35394 Gießen<br />
Betreuer/in Horst Brombach<br />
Die vorliegende <strong>Jugend</strong> Forscht Arbeit beschäftigt sich mit einem der wichtigsten Stoffkreisläufe im Aquarium:<br />
dem Stickstoff-Kreisl<strong>auf</strong>. Im Zuge dieses Kreisl<strong>auf</strong>es werden die giftigen Stoffwechselendprodukte der Fische,<br />
Ammoniak (NH3) und Ammonium (NH4+), erst zu Nitrit, was immer noch giftig ist, und danach zu Nitrat<br />
umgewandelt. Dieser Prozess wird als Nitrifikation bezeichnet. Für diese wichtige Aufgabe sind zwei<br />
Hauptgruppen von nitrifizierenden Bakterien verantwortlich: die Ammoniakoxidierer und die Nitritoxidierer.<br />
Fragestellungen<br />
Um die bevorzugte Umgebung für diese Bakterien im Aquarium bestimmen zu können, wurde der<br />
Stickstoffkreisl<strong>auf</strong> im Aquarium unter folgenden Fragestellungen untersucht:<br />
-Welches Bodensubstrat bevorzugen nitrifizierende Bakterien?<br />
-Spielt der Einsatz einer Bodenheizung eine Rolle?<br />
-Wie entwickeln sich die nitrifizierenden Bakterien während des Nitrit-Peaks quantitativ?<br />
Vorgehensweise<br />
Bei einem Nitritpeak handelt es sich um ein einmaliges Ansteigen und Absinken der Nitritkonzentration,<br />
während sich die Ammoniakoxidierer- und danach Nitritoxidierer-populationen etablieren. Um die Fragen<br />
beantworten zu können, wurde ein Aquarium halbseitig mit einer Bodenheizung ausgestattet und bis zu einer<br />
Höhe von 5cm in vier gleich große Bodenabteile geteilt. Somit konnte pro Hälfte je ein Abteil mit Sand und eines<br />
mit Kies befüllt werden. Durch kontrollierte Zugabe von Ammonium wurde die Anwesenheit von Fischen<br />
simuliert und somit ein Nitritpeak provoziert. Während dieser stattfand wurden täglich verschiedene wichtige<br />
Wasserparameter bestimmt, sowie aus den vier Abteilen regelmäßig Proben entnommen. Diese wurden nach<br />
Beendigung des Versuches mit Hilfe von fluoreszierenden Gensonden (FISH Verfahren) <strong>auf</strong> Ammoniak- und<br />
Nitritoxidierer untersucht.<br />
Ergebnisse<br />
Die wichtigsten beiden Erkenntnisse sind erstens, dass Ammoniumoxidier hauptsächlich in Kies zu finden sind,<br />
während Nitritoxidierer Sand bevorzugen. Zweitens bevorzugen alle nitrifizierenden Bakterien Substrate ohne<br />
Bodenheizung. Vermutlich erzeugt die Bodenheizung lokal zu hohe Temperaturen. Während des Nitritpeaks<br />
steigt die Population an Ammoniumoxidierern vor der Population der Nitritoxidierer an. Dies erklärt auch den<br />
Nitrit Peak, da sich die Population der Nitritoxidierer nur zeitverzögert an die erhöhten Nitritwerte anpassen<br />
kann und die Nitritkonzentration deshalb solange ansteigt, bis Nitritoxidierer in ausreichender Anzahl vorhanden<br />
sind, um diese abzubauen.<br />
Landeswettbewerb <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong> bei <strong>Merck</strong> in Darmstadt 10./11. März 2010<br />
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Stand: 23.02.2010
Kurzfassung Stand 9<br />
Sparte <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong> Fachgebiet Biologie<br />
Thema Untersuchung der Auswirkungen von MON810 an Drosophila Melanogaster<br />
Teilnehmer: Name (Alter) Anschrift Schule / Institution / Betrieb<br />
Jennifer Schmutzler (18) 34121 Kassel Albert-Schweitzer-Schule<br />
34119 Kassel<br />
Sara Weigt (18) 34123 Kassel Albert-Schweitzer-Schule<br />
34119 Kassel<br />
Katrin Schmutzler (18) 34121 Kassel Albert-Schweitzer-Schule<br />
34119 Kassel<br />
Betreuer/in Mechthild Sittig-Zerfaß<br />
Wie zur Zeit in den Medien heiß diskutiert, ist die Wirkung von genveränderten Nahrungsmitteln noch nicht<br />
genau bekannt. Diesen Auswirkungen gehen wir <strong>auf</strong> den Grund. Unsere Fragestellung ist daher: Wie wirkt sich<br />
MON810 <strong>auf</strong> Fortpflanzung, Wachstum und Geschlechterverteilung aus am Beispiel des Wildtyps der<br />
Drosophila Melanogaster? Wir ziehen je zwei Gruppen dieser Insekten mit Mon810-Maisbrei und Biomaisbrei<br />
zum Vergleich <strong>auf</strong>. Wir achten dabei <strong>auf</strong> die Anzahl der Nachkommen, das Verhältnis zwischen männlichen und<br />
weiblichen Fliegen und äußere Veränderungen. Unsere Beobachtungen werten wir mit naturwissenschaftlichen<br />
Methoden aus.<br />
Landeswettbewerb <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong> bei <strong>Merck</strong> in Darmstadt 10./11. März 2010<br />
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Stand: 23.02.2010
Kurzfassung Stand 10<br />
Sparte <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong> Fachgebiet Chemie<br />
Thema Bau von Enzymelektroden<br />
Teilnehmer: Name (Alter) Anschrift Schule / Institution / Betrieb<br />
Jahnu Ragunathan (18) 60435 Frankfurt am Main Max-Beckmann-Schule<br />
60487 Frankfurt am Main<br />
Harneet-Singh Roopra (19) 60431 Frankfurt am Main Max-Beckmann-Schule<br />
60487 Frankfurt am Main<br />
Emina Lemes (19) 65933 Frankfurt am Main Max-Beckmann-Schule<br />
60487 Frankfurt am Main<br />
Betreuer/in Dietmar Scherr<br />
Untersuchungen von geeigneten Materialien zum Bau solcher Elektroden werden durchgeführt.<br />
Landeswettbewerb <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong> bei <strong>Merck</strong> in Darmstadt 10./11. März 2010<br />
www.merck.de/jugend-<strong>forscht</strong><br />
Stand: 23.02.2010
Kurzfassung Stand 11<br />
Sparte <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong> Fachgebiet Chemie<br />
Thema Die Fassade von Morgen - Entwicklung optisch homogener Wandoberflächen <strong>auf</strong><br />
Farbstoffsolarzellenbasis<br />
Teilnehmer: Name (Alter) Anschrift Schule / Institution / Betrieb<br />
Vladislav Vasilenko (18) 67547 Worms Ruprecht-Karls-Universität<br />
69117 Heidelberg<br />
Noah Strobel (19) 67549 Worms Technische Universität Darmstadt<br />
64289 Darmstadt<br />
Betreuer/in<br />
Die Solarenergie ist <strong>auf</strong> dem Vormarsch – nicht zuletzt wegen des drohenden Aus‘ für die fossilen Energieträger<br />
wie Kohle, Erdöl und -gas, aber auch der bevorstehenden Umweltzerstörung durch sauren Regen und<br />
Erderwärmung, die Emission von zahlreichen Schadstoffen in die Atmosphäre. Die Anschaffung anorganischer<br />
Photovoltaikanlagen ist für den Anwender jedoch trotz der in diesem Bereich gemachten Fortschritte mit hohen<br />
Anschaffungskosten, einer problematischen Anbringung und der oftmals störenden Optik verbunden. Wir sehen<br />
in dem Konzept einer optisch homogenen Wandoberfläche <strong>auf</strong> Basis von Farbstoffsolarzellen, einer Art<br />
wandintegrierten Solarzelle, die Lösung für diese Kritikpunkte. Die wissenschaftliche Herangehensweise zur<br />
Verwirklichung der Idee einer Strom liefernden Wand ist dabei mehrschrittig und lässt sich wie folgt darstellen:<br />
Zunächst erfolgt die Durchführung und Auswertung vertiefender Versuche zur Aufklärung der innerhalb der<br />
Zelle stattfindenden Prozesse. Dieses Wissen haben wir in einem zweiten Schritt als Grundlage für die<br />
Entwicklung theoretischer Modelle genutzt, die es uns möglich machen dem Ziel der homogenen,<br />
solarzellenintegrierten Wandfläche näherzukommen. Anschließend werden diese Modelle <strong>auf</strong> ihre<br />
Praxistauglichkeit überprüft, indem sie in kleinem Maßstab gebaut werden. Die so in der Praxis gemachten<br />
Erfahrungen werden dann zur Verbesserung des Modells herangezogen.<br />
Landeswettbewerb <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong> bei <strong>Merck</strong> in Darmstadt 10./11. März 2010<br />
www.merck.de/jugend-<strong>forscht</strong><br />
Stand: 23.02.2010
Kurzfassung Stand 12<br />
Sparte <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong> Fachgebiet Chemie<br />
Thema Echt scharf? - Einfache Analyse des Capsaicin-Gehalts in Lebensmitteln.<br />
Teilnehmer: Name (Alter) Anschrift Schule / Institution / Betrieb<br />
Theodor Edmund Peez (19) 64546 Mörfelden Prälat-Diehl-Schule<br />
64521 Groß-Gerau<br />
Betreuer/in Matthias Foitzik<br />
Bisher wird die quantitative Analyse von Capsaicin mit Hilfe kostspieliger und <strong>auf</strong>wändiger HPLC-Geräte<br />
durchgeführt. Als Ziel wurde ein neues einfaches Verfahren zur kostengünstigeren und schnellen Bestimmung<br />
gefunden, das auch von einem "Nicht-Chemiker" durchgeführt werden kann. Vorgehensweise: Extraktion,<br />
Färbenachweis, Vergleich mit Maßlösungsmessreihe.<br />
Landeswettbewerb <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong> bei <strong>Merck</strong> in Darmstadt 10./11. März 2010<br />
www.merck.de/jugend-<strong>forscht</strong><br />
Stand: 23.02.2010
Kurzfassung Stand 13<br />
Sparte <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong> Fachgebiet Chemie<br />
Thema Was ist der Grund für die Geschmacksunterschiede der Coca-Cola aus Zapfanlagen?<br />
Teilnehmer: Name (Alter) Anschrift Schule / Institution / Betrieb<br />
Luka Rebekka Döring (16) 64342 Seeheim-Jugenheim Gesamtschule im Schuldorf<br />
Bergstraße<br />
64342 Seeheim-Jugenheim<br />
Sonja Sternkopf (15) 64342 Seeheim-Jugenheim Gesamtschule im Schuldorf<br />
Bergstraße<br />
64342 Seeheim-Jugenheim<br />
Betreuer/in Matthias Haxel<br />
Frage: Was ist der Grund für die Geschmacksunterschiede (oft wässrig oder zu süß) der Coca-Cola aus der<br />
Gastronomie (aus Zapfanlagen)? Vorgehensweise: Chemische Analysen.<br />
Landeswettbewerb <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong> bei <strong>Merck</strong> in Darmstadt 10./11. März 2010<br />
www.merck.de/jugend-<strong>forscht</strong><br />
Stand: 23.02.2010
Kurzfassung Stand 14<br />
Sparte <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong> Fachgebiet Chemie<br />
Thema Wenn die Chemie stimmt: Untersuchung der Reaktion zwischen Biotin und Streptavidin<br />
Teilnehmer: Name (Alter) Anschrift Schule / Institution / Betrieb<br />
Kersten Schlosser (19) 34560 Fritzlar-Züschen Albert-Schweitzer-Schule<br />
34119 Kassel<br />
Betreuer/in Dr. Martin Holfeld<br />
Kann man die chemische Reaktion von Biotin mit Streptavidin untersuchen? Die Reaktion zwischen Biotin und<br />
Streptavidin ist in wässriger Lösung mit bloßem Auge nicht wahrzunehmen. Um sie zu untersuchen, sind<br />
Hilfsmittel wie z.B. Fluoreszenzspektroskopie nötig. Dazu wird Biotin mit einem Fluoreszenzrest gelabelt. Ich<br />
habe <strong>einen</strong> Fluometer gebaut, der mithilfe zeit<strong>auf</strong>gelöster Fluoreszenzspektroskopie die Reaktion von<br />
gelabeltem Biotin mit Streptavidin sichtbar macht. Nun möchte ich herausfinden, ob ich die chemische Reaktion<br />
genauer charakterisieren kann.<br />
Landeswettbewerb <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong> bei <strong>Merck</strong> in Darmstadt 10./11. März 2010<br />
www.merck.de/jugend-<strong>forscht</strong><br />
Stand: 23.02.2010
Kurzfassung Stand 15<br />
Sparte <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong> Fachgebiet Chemie<br />
Thema Wunderwässerchen oder Schaumschläger? Hydrolat als Konservierungsmittel in selbst<br />
hergestellter Kosmetik<br />
Teilnehmer: Name (Alter) Anschrift Schule / Institution / Betrieb<br />
Stephanie Hübner (21) 63073 Offenbach am Main Ludwig-Geissler-Schule Hanau<br />
63450 Hanau<br />
Elina Fecher (20) 63834 Sulzbach am Main Ludwig-Geissler-Schule Hanau<br />
63450 Hanau<br />
Ivana Sfarcic (20) 61138 Niederdorffelden Ludwig-Geissler-Schule Hanau<br />
63450 Hanau<br />
Betreuer/in Petra Neumann<br />
Hydrolat. Viele wissen nicht, was sich hinter diesem Begriff verbirgt. Doch die Bedeutung dieser weitgehend unbekannten<br />
Substanz wird unterschätzt.<br />
Hydrolate entstehen als Nebenprodukte der Wasserdampfdestillation zur Gewinnung ätherischer Öle und viele Wirkstoffe<br />
der Pflanzen können daher auch im Hydrolat wiedergefunden werden.<br />
Die desinfizierende und Schimmelpilz bekämpfende Wirkung von ätherischen Ölen ist bereits erwiesen. Warum sollten<br />
Hydrolate also nicht in ähnlicher Weise wirken?<br />
Uns interessierte vor allem, inwieweit das Hydrolat zur Konservierung in Kosmetika zu gebrauchen ist.<br />
Es hat den Vorteil, dass es in größeren Mengen den Wasseranteil in Kosmetika ersetzen kann. Ätherische Öle sind im<br />
Gegensatz zu Hydrolaten schon bei wenigen Millilitern in 100 ml des Produktes reizend für Haut und Organismus und so<br />
nicht in diesem Maße zu gebrauchen.<br />
In der Naturkosmetik werden keine Parabene und überhaupt vorzugsweise wenig Konservierungsmittel eingesetzt.<br />
Allerdings ist selbst hergestellte Kosmetik dann bei entsprechender Lagerung und sorgfältigem Umgang nur rund 30 Tage<br />
haltbar.<br />
Unser Ziel ist es, die Hydrolate so einzusetzen, dass Parabene als Konservierungsmittel in Kosmetika vollständig entfallen<br />
oder zumindest teilweise weggelassen werden können.<br />
Gegen Parabene spricht unter anderem der Verdacht <strong>auf</strong> Sensibilisierung und das Hervorrufen von Kontaktallergien bis hin<br />
zum Verdacht Brustkrebs fördernd zu sein.<br />
Auch aus ökonomischer Sicht wäre das Weglassen der üblichen Konservierungsmittel profitabel, denn dieser Kostenfaktor<br />
fiele weg. Außerdem können wir uns gut vorstellen, dass die Verbraucher in Zeiten in denen das alltägliche Leben Vieler<br />
nicht mehr im „Einklang der Natur“ möglich ist, <strong>auf</strong> eher ursprüngliche Produkte zurückgreifen und gerne <strong>auf</strong> chemische<br />
Zusatzstoffe verzichten wollen.<br />
Auch für Menschen mit sensibler Haut oder einige Allergiker können gut <strong>auf</strong> solche Produkte zurückgreifen.<br />
Unsere Untersuchungen widmeten und widmen sich der Gewinnung von Hydrolaten aus Angelikawurz, Basilikum, Lavendel,<br />
Silberdistel, Eukalyptus, Wacholder, Quendelkraut und anderen Pflanzen mit verschiedenen Formen der<br />
Wasserdampfdestillation. Zum Vergleich k<strong>auf</strong>ten wir einige Hydrolate zum Vergleich dazu.<br />
Danach stellten wir Nährböden mit der Trägersubstanz Agar-Agar und Übernachtkulturen aus E. coli-Bakterien her.<br />
Anschließend beimpften wir die Nährböden mit den Bakterien. Durch das Auftragen unserer Hydrolate untersuchten wir ob<br />
eine Hemmstoffreaktion hervor gerufen wurde.<br />
Wir fanden heraus, dass Hydrolate, die aus Orangenschalen, Eukalyptus und Salbei gewonnen wurden, eine Hemmwirkung<br />
gegen E. coli-Bakterien hervorriefen. Eine noch überzeugendere Hemmwirkung gab es allerdings gegenüber Bakterien von<br />
Handabstrichen. Optimale Hemmwirkung zeigten Hydrolate, die mit wenigen Tropfen eines ätherischen Öls versetzt wurden.<br />
Unser weiteres Vorgehen wird der Einsatz der Hydrolate in selbst hergestellten Cremes sein, deren Konservierung und<br />
Haltbarkeit ebenfalls durch Ausstriche getestet werden soll. Um eine höhere Reproduzierbarkeit zu gewährleisten<br />
verwenden wir zusätzlich fertige, standardisierte Nährböden. Auch eine Aufkonzentration der Wirkstoffe des Hydrolats durch<br />
sogenannte Cohobation oder verschiedene Beimpfungstechniken der Nährböden werden vorgenommen.<br />
Zur Identifizierung müssten die Hydrolate <strong>auf</strong> einige stoffspezifische Konstanten und auch spektroskopisch geprüft werden<br />
(pH-Wert, Brechungsindex, DC, HPLC u.v.m.)<br />
Landeswettbewerb <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong> bei <strong>Merck</strong> in Darmstadt 10./11. März 2010<br />
www.merck.de/jugend-<strong>forscht</strong><br />
Stand: 23.02.2010
Kurzfassung Stand 16<br />
Sparte <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong> Fachgebiet Geo- und Raumwissenschaften<br />
Thema Archäometeorologie - Dem Klimawandel <strong>auf</strong> der Spur<br />
Teilnehmer: Name (Alter) Anschrift Schule / Institution / Betrieb<br />
Sean Heesch (16) 63454 Hanau Otto-Hahn-Schule<br />
63454 Hanau<br />
Katharina Schmitt (16) 63454 Hanau Otto-Hahn-Schule<br />
63454 Hanau<br />
Saskia Pampuch (16) 63526 Erlensee Otto-Hahn-Schule<br />
63454 Hanau<br />
Betreuer/in Dr. Peter Centner<br />
Die Veränderung unseres Klimas ist nicht mehr zu leugnen.<br />
Extreme Wetterphänomene haben in den vergangenen Jahren deutlich zugenommen. Zur Untersuchung dieser<br />
Veränderungen ist der Zugriff <strong>auf</strong> historische Wetterdaten ein wichtiger Bestandteil der modernen<br />
Klimaforschung. Bei einer Recherche in den Archiven der 1808 gegründeten Wetterauischen Gesellschaft in<br />
Hanau stießen wir zufällig <strong>auf</strong> handschriftliche Wetter<strong>auf</strong>zeichnungen aus den Jahren 1798 bis 1812 (mit<br />
Ausnahme des Jahres 1800). Nach den 1780 von der Societas Meteorologica Palatina festgelegten Richtlinien<br />
umfassen die Meßwerte tägliche Aufzeichnungen nach den Mannheimer Stunden (7:00,14:00,21:00 Uhr).<br />
Neben Temperatur, Luftdruck und Windrichtung finden sich auch handschriftliche Berichte zur Witterung. In<br />
unserer vorliegenden Arbeit haben wir die 61.320 Daten tabellarisch und grafisch erfasst und statistisch<br />
ausgewertet. Ein Vergleich der Daten zu den Aufzeichungen der Station Hohenpeissenberg zeigt prinzipielle<br />
Übereinstimmungen in den grundlegenden Datenverläufen. Wir versuchen derzeit diese Aufzeichnungen mit<br />
den aktuellen Meßwerten der vergangenen Jahre 1998-2009 abzugleichen und so entsprechende<br />
Klimaveränderungen insbesondere im Bereich des Mikroklimas der Stadt Hanau darzustellen. Nach unserer<br />
Recherche gehören diese Aufzeichnungen, neben den Meßwerten der Station Hohenpeissenberg von 1781, mit<br />
zu den ältesten chronologischen Wetterdaten in Deutschland. Dabei ist auch die Tatsache, dass die dabei<br />
benutzen Meßgeräte mit besonderer Präzision ausgestattet waren und die Temperatur vom Chronisten<br />
Gottfried Gärtner bereits 1798 mit Reamurgraden gemessen wurde, Bestandteil weiterer Untersuchungen<br />
innerhalb unseres Projektes.<br />
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Stand: 23.02.2010
Kurzfassung Stand 17<br />
Sparte <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong> Fachgebiet Mathematik / Informatik<br />
Thema Wenn Mathematik die Vernunft schlägt - Das El-Farol-Bar-Problem<br />
Teilnehmer: Name (Alter) Anschrift Schule / Institution / Betrieb<br />
Lothar Klammer (18) 65366 Geisenheim Internatsschule Schloss<br />
Hansenberg<br />
65366 Geisenheim<br />
Tina Ebert (17) 65366 Geisenheim Internatsschule Schloss<br />
Hansenberg<br />
65366 Geisenheim<br />
Klara Keutel (16) 65366 Geisenheim Internatsschule Schloss<br />
Hansenberg<br />
65366 Geisenheim<br />
Betreuer/in Leo Kauter<br />
Wenn Mathematik die Vernunft schlägt - Das El-Farol-Bar-Problem -<br />
Stellen Sie sich vor: Sie leben in einem kl<strong>einen</strong> Ort. In diesem Ort gibt es genau eine Bar, die jeden<br />
Donnerstagabend öffnet. Jeder der Einwohner würde an diesem Abend gerne die Bar besuchen, da es dort<br />
unterhaltsamer zugeht als zu Hause.<br />
Allerdings! Die Bar hat nur eine beschränkte Platzkapazität. Ab einer bestimmten Auslastung hat niemand mehr<br />
Freude am Besuch. Sie hätten besser daran getan zu Hause zu bleiben.<br />
Jeden Donnerstag müssen sich nun alle Bewohner gleichzeitig und ohne zu wissen, was die anderen tun, für<br />
oder gegen <strong>einen</strong> Barbesuch entscheiden.<br />
Unsere Untersuchungen:<br />
1. Wie wirkt sich dieses Problem <strong>auf</strong> die Auslastung der Bar aus?<br />
\manuell Durchführung einer Simulation in über 20 Spielgruppen à 8 Leute<br />
2. Was lässt sich aus den Ergebnissen schlussfolgern?<br />
\manuell stochastische und anderweitige Auswertung der Resultate<br />
\manuell Spielstrategien und deren Erfolg<br />
\manuell Optimum und Zufall (Stochastik und Computersimulationen)<br />
\manuell Vergleiche (u.a. Geschlechtsunterschied)<br />
\manuell Anwendung <strong>auf</strong> sozioökonomische Bereiche<br />
\manuell Verhalten bei Störfaktor im System<br />
\manuell Simulationen mit Excel<br />
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Stand: 23.02.2010
Kurzfassung Stand 18<br />
Sparte <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong> Fachgebiet Mathematik / Informatik<br />
Thema Gitterbasierte Approximation globaler Sichtbarkeit<br />
Teilnehmer: Name (Alter) Anschrift Schule / Institution / Betrieb<br />
Stefan Krämer (19) 64625 Bensheim Goethe-Gymnasium<br />
64625 Bensheim<br />
Betreuer/in Carsten Lojewski<br />
Dreidimensionale Computergrafik hat in den letzten Jahren deutlich an Bedeutung gewonnen. Sie wird in<br />
Computerspielen, animierten Spielfilmen, wissenschaftlichen Simulationen und vielen weiteren<br />
Anwendungsbereichen eingesetzt. Qualitativ hochwertige Grafik lässt sich an einem hohen Realismus<br />
erkennen, welcher maßgeblich von der richtigen Verschattung der Szenen abhängig ist.<br />
Ein gängiges Verfahren zur realistischen Verschattung von dreidimensionalen Szenen ist die globale<br />
Sichtbarkeit (auch Ambient Occlusion, Umgebungsverdeckung), die bereits mit vergleichsweise kurzen<br />
Rechenzeiten ein erstaunlich gutes Ergebnis liefert. Das Prinzip der globalen Sichtbarkeit basiert <strong>auf</strong> der<br />
Annahme, dass eine gleichmäßig verteilte Lichtquelle (Umgebungslicht), die Szene umgibt. Es wird evaluiert,<br />
wie stark die Modellgeometrie diese Lichtquelle für <strong>einen</strong> Raumpunkt verdeckt. Je stärker die Verdeckung ist,<br />
desto stärker wird der betrachtete Raumpunkt durch die Ambient Occlusion abgedunkelt.<br />
In Computerspielen und anderen Echtzeitanwendungen mit dynamischer Geometrie ist die Rechenzeit für die<br />
Verschattung sehr stark begrenzt. Deshalb werden hier häufig sehr grobe Approximationen der Verschattung<br />
verwendet, unter denen der Realismus der Szene leidet. Da eine bessere Qualität und eine kürzere L<strong>auf</strong>zeit<br />
immer wünschenswert sind, wird momentan aktiv an diesem Problem der Computergrafik ge<strong>forscht</strong>.<br />
Meine Arbeit zur gitterbasierten Approximation der globalen Sichtbarkeit zielt <strong>auf</strong> ein schnelleres Verfahren zur<br />
Berechnung der Ambient Occlusion in dynamischen Szenen ab, welches mindestens die gleiche oder bessere<br />
Bildqualität als die derzeitigen Standardverfahren gewährleisten soll.<br />
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Stand: 23.02.2010
Kurzfassung Stand 19<br />
Sparte <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong> Fachgebiet Mathematik / Informatik<br />
Thema Kurzfristvorhersagen von Unwetterwahrscheinlichkeiten unter Anwendung des<br />
MARKOV-Modells<br />
Teilnehmer: Name (Alter) Anschrift Schule / Institution / Betrieb<br />
Daniel Baran (19) 63454 Hanau Otto-Hahn-Schule<br />
63454 Hanau<br />
Betreuer/in Dr. Peter Centner<br />
Im Rahmen eines Gesamtprojektes zur Darstellung des Mikroklimas der Stadt Hanau wurde ein Netzwerk<br />
bestehend aus zwölf Funk-Wettermesstationen (Wetterarray) in einem Radius von zwei bis fünf Kilometern rund<br />
um die Innenstadt der Stadt Hanau <strong>auf</strong>gebaut.<br />
Mein Teilprojekt geht der Frage nach, mit welcher Wahrscheinlichkeit lokal begrenzte Wetterphänomene bzw.<br />
Unwetter <strong>auf</strong>treten können, und beschreibt die Datenverarbeitung und datentechnische Auswertung dieses<br />
Wetterarrays.<br />
Die Messdaten der zwölf Stationen werden in Tabellen einer Datenbank gespeichert. Durch die Verwendung<br />
von multidimensionalen Arrays (5 Dimensionen) erfolgt der Vergleich der einzelnen Messdaten und die<br />
Bereitstellung der Gesamtdaten zur Wetter- und Klimaanalyse in Grafiken und Tabellen.<br />
Durch Verwendung des Markov-Modells wird versucht eine lokale kurzfristige Wetterprognose für bis zu sechs<br />
Stunden im Voraus zu erstellen. Je weiter die Prognose in die Zukunft gehen soll, desto ungenauer wird sie. Die<br />
lokalen Kurzfristvorhersagen sind im Hinblick <strong>auf</strong> kommende, örtlich begrenzte Unwetter, die nicht durch die<br />
allgemeine<br />
Wettervorhersage vorausgesagt werden können, von besonderem ökonomischen und öffentlichen Interesse,<br />
wodurch künftige Naturgefahren besser einzuschätzen sind.<br />
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Stand: 23.02.2010
Kurzfassung Stand 20<br />
Sparte <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong> Fachgebiet Mathematik / Informatik<br />
Thema Wenn Menschen schwärmen: Simulation menschlichen Schwarmverhaltens<br />
Teilnehmer: Name (Alter) Anschrift Schule / Institution / Betrieb<br />
Lukas Fehmer (19) 34246 Vellmar Albert-Schweitzer-Schule<br />
34119 Kassel<br />
Betreuer/in Klaus-Peter Haupt<br />
Lässt sich menschliches Schwarmverhalten mit einer Software simulieren, bzw. lassen sich bestimmte Regeln<br />
für dieses Verhalten <strong>auf</strong>stellen?<br />
Wenn ja, kann man mit Hilfe dieser Software bestimmte Fragestellungen untersuchen, zum Beispiel wie sich<br />
eine Massenpanik <strong>auf</strong> einer Großveranstaltung verhindern lassen könnte.<br />
Dazu entwickle ich eine Software mit deren Hilfe ich versuche, menschliches Schwarmverhalten so natürlich<br />
wie möglich darzustellen. Dabei halte ich die Software so variabel wie möglich, um verschiedene Situationen<br />
untersuchen zu können.<br />
Landeswettbewerb <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong> bei <strong>Merck</strong> in Darmstadt 10./11. März 2010<br />
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Stand: 23.02.2010
Kurzfassung Stand 21<br />
Sparte <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong> Fachgebiet Physik<br />
Thema Brauchen wir die Dunkle Materie? Ein Versuch, abflachende Rotationskurven von Edge-<br />
On Galaxien mittels radialer Bewegungen von Materie zu deuten.<br />
Teilnehmer: Name (Alter) Anschrift Schule / Institution / Betrieb<br />
Dominik Püllen (18) 61352 Bad Homburg Kaiserin-Friedrich-Gymnasium<br />
61352 Bad Homburg v. d. Höhe<br />
Betreuer/in Dr. Firouz Sakhibov<br />
Vergleicht man beobachtete und errechnete Rotationskurven von Galaxien, wird eine signifikante Diskrepanz<br />
der Uml<strong>auf</strong>geschwindigkeit von Sternen mit steigendem Radius erkennbar. Dieser Unterschied wird durch die<br />
Gravitationskraft einer hypothetischen Form von Materie, der Dunklen Materie, beschrieben. Die Stoßrichtung<br />
unseres Projekts ist, den Unterschied zwischen beobachteter und errechneter Rotationskurven ohne Dunkle<br />
Materie zu erklären. Dabei gehen wir von Radialbewegungen aus, die durch in die Galaxie einfallende Materie,<br />
zum Beispiel ein Gas, hervorgerufen werden. Hierfür stellten wir ein mathematisches Modell <strong>auf</strong>, in dem die<br />
Auswirkungen der Dunklen Materie mittels Radialbewegungen kompensiert werden. Ein von uns entwickeltes<br />
anpassungsfähiges Computerprogramm unterstützt uns bei den Berechnungen. Unser Fazit: Bei Galaxien, die<br />
in Bezug zu unserem Beobachtungspunkt keine starke Neigung besitzen, kann unser Modell durchaus<br />
angewandt und die Diskrepanz zwischen beobachteter und errechneter Rotationskurve ohne Dunkle Materie<br />
erklärt werden. Sobald der Neigungswinkel zu groß wird, ist es uns leider (noch?) nicht möglich, die<br />
Auswirkungen der Dunklen Materie mit dem aktuellen Modell zu erklären.<br />
Landeswettbewerb <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong> bei <strong>Merck</strong> in Darmstadt 10./11. März 2010<br />
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Stand: 23.02.2010
Kurzfassung Stand 22<br />
Sparte <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong> Fachgebiet Physik<br />
Thema Jets aus Sand<br />
Teilnehmer: Name (Alter) Anschrift Schule / Institution / Betrieb<br />
Tobias Hofmann (17) 34131 Kassel Albert-Schweitzer-Schule<br />
34119 Kassel<br />
Lennart Gresing (17) 34128 Kassel Albert-Schweitzer-Schule<br />
34119 Kassel<br />
Clemens Borys (16) 34246 Vellmar Friedrichsgymnasium<br />
34117 Kassel<br />
Betreuer/in Klaus-Peter Haupt<br />
Ähnlich wie der Tropfen Milch in eine heiße Tasse Kaffee, so wirbelt auch eine harmlose<br />
Murmel beim Eintauchen in Sand diesen <strong>auf</strong>. Unter bestimmten Bedingungen erreichten wir<br />
dabei eine Höhe bis zum Abwurfpunkt der Murmel selbst. Zunächst untersuchten wir dies an<br />
nassem Sand, bei dem das Phänomen schon länger bekannt ist. Beim Betrachten des Jetverhaltens bei<br />
verschiedenen Dichten entwickelten wir eine Möglichkeit, auch mit eigentlich<br />
trockenem Sand diesen Effekt zu erhalten. In der Tat verhält sich dieses „flüssige Sandgas“<br />
wie eine Flüssigkeit, obwohl es sich alleine aus Sand und Luft zusammensetzt. Unser Ziel ist<br />
nun, die genauen Bedingungen zum Entstehen der Jets zu ermitteln, von der Energie und<br />
Geometrie der <strong>auf</strong>treffenden Objekte zur genauen Zusammensetzung des Sandes.<br />
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Stand: 23.02.2010
Kurzfassung Stand 23<br />
Sparte <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong> Fachgebiet Physik<br />
Thema Modellierung hochgradig nichtlinearer Szenarien in einem Spannungsteiler mit PTC-<br />
Widerstand<br />
Teilnehmer: Name (Alter) Anschrift Schule / Institution / Betrieb<br />
Thomas Schrauth (19) 64743 Beerfelden Berufliches Schulzentrum<br />
Odenwaldkreis<br />
64720 Michelstadt<br />
Betreuer/in Dr. Andreas M. Seifert<br />
Um das komplexe nichtlineare Verhalten eines Spannungsteilers mit PTC-Widerstand erklären zu können,<br />
wurde zunächst ein einfaches, aber leistungsfähiges theoretisches Modell entwickelt, das die elektrischen und<br />
thermischen Eigenschaften von PTC-Widerständen beschreibt. Das Modell gibt die hochgradig nichtlineare<br />
stationäre Strom-Spannungs-Kennlinie des PTC richtig wieder und erlaubt es, neben den Einflüssen<br />
elektrischer Parameter auch die thermischen Wechselwirkungen mit der Umgebung des Bauteils in korrekter<br />
Weise zu berücksichtigen. Hinaus über die Gleichungen, die das stationäre Verhalten beschreiben, wurden<br />
Differentialgleichungen formuliert, die das zeitabhängige Verhalten des PTC modellieren. Sie wurden zunächst<br />
genutzt, um die Stabilität stationärer Zustände zu untersuchen.<br />
Schließlich wurde das Verhalten eines nichtlinearen Spannungsteilers analysiert, der aus einem Ohmschen<br />
Widerstand und einem PTC <strong>auf</strong>gebaut ist. Dabei wurden auch im theoretischen Modellsystem mit Bistabilität<br />
und Hysterese-Effekten typische nichtlineare Phänomene gefunden und erklärt. Insbesondere haben sich auch<br />
gewisse Analogien zu Phasenübergängen in der Thermodynamik gezeigt. Mit einem PTC liegt daher ein extrem<br />
interessantes Bauelement vor, das sich hervorragend zur Realisierung komplexer nichtlinearer Szenarien<br />
eignet. Es können damit beispielsweise Schaltungen mit elektrischem und mit thermischem „Gedächtnis“<br />
<strong>auf</strong>gebaut werden.<br />
Landeswettbewerb <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong> bei <strong>Merck</strong> in Darmstadt 10./11. März 2010<br />
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Stand: 23.02.2010
Kurzfassung Stand 24<br />
Sparte <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong> Fachgebiet Technik<br />
Thema Bremslicht fürs Fahrrad<br />
Teilnehmer: Name (Alter) Anschrift Schule / Institution / Betrieb<br />
Robin Scheich (16) 61352 Bad Homburg Kaiserin-Friedrich-Gymnasium<br />
61352 Bad Homburg v. d. Höhe<br />
Betreuer/in Gottfried Mayer<br />
Ich will im Rahmen meines Projekts ein funktionsfähiges Bremslicht fürs Fahrrad konstruieren. Der Gedanke<br />
kam <strong>auf</strong>, als mir einige Leute von Unfällen berichteten, die mit Hilfe eines Bremslichtes hätten vermieden<br />
werden können. Das zentrale Problem liegt darin, <strong>einen</strong> funktionsfähigen Schalter zu entwickeln und richtig zu<br />
platzieren, sodass der Bremsvorgang nicht behindert wird. Ich habe mich mit mehreren Möglichkeiten<br />
beschäftigt, die sich in zwei Klassen einteilen lassen: Entweder befindet sich der Schalter am Bremshebel oder<br />
am Zug. Die verschiedenen Möglichkeiten werden miteinander verglichen.<br />
Landeswettbewerb <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong> bei <strong>Merck</strong> in Darmstadt 10./11. März 2010<br />
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Stand: 23.02.2010
Kurzfassung Stand 25<br />
Sparte <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong> Fachgebiet Technik<br />
Thema Der Energiestein - Elektrische Energie vom Gehweg -<br />
Teilnehmer: Name (Alter) Anschrift Schule / Institution / Betrieb<br />
Julian Reitz (15) 35305 Grünberg-Harbach Theo-Koch-Schule<br />
35305 Grünberg<br />
Jonas Trippner (15) 35305 Grünberg-Stangenrod Theo-Koch-Schule<br />
35305 Grünberg<br />
Betreuer/in Dr. Sven Kammer<br />
Zu Beginn des Projekts stellte sich uns die Frage, wie man die Trittbewegungen von Menschen in elektrische<br />
Energie umwandeln kann. Nach einigen Überlegungen kamen wir <strong>auf</strong> die Idee <strong>einen</strong> Pflasterstein für Gehwege<br />
zu entwickeln, welcher durch Trittbewegungen von Passanten eines Gehwegs elektrische Energie erzeugt. Der<br />
elektrische Strom wird durch das Prinzip des Elektromagnetismus erzeugt, da in dem Stein eine Spule enthalten<br />
ist, in welcher sich beim Begehen des Steins ein Permanentmagnet etwa 1 cm <strong>auf</strong> und absenkt. Der Stein wird<br />
von einem integrierten Luftkissen gefedert, so dass es relativ egal ist ob eine schwere Person oder ein leichte<br />
Person darüber geht. Der Prototyp wurde so konstruiert, dass auch ein Befahren mit PKW möglich wäre. Dies<br />
wird mit einem robusten mechanischen Anschlag erreicht. Der erzeugte Strom wird mittels Metallschienen zu<br />
einem Verbraucher geleitet. Diese Metallschienen dienen auch zur elektrischen Verbindung mehrerer Elemente<br />
und können mit einer Elektronik verbunden werden, welche den Strom in eine nutzbare Form umwandelt<br />
und/oder auch speichert. So können zum Beispiel Ampelanlagen oder Zebrastreifenbeleuchtung mit Strom<br />
versorgt werden. Der Pflasterstein ist zum Einbau in Ballungszentren oder viel genutzten Gehwegen gedacht,<br />
da nur durch eine hohe Frequentierung genügend elektrische Energie erzeugt werden kann. Im Rahmen des<br />
Projekts wurde ein funktionsfähiger Prototyp entwickelt und gebaut.<br />
Landeswettbewerb <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong> bei <strong>Merck</strong> in Darmstadt 10./11. März 2010<br />
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Stand: 23.02.2010
Kurzfassung Stand 26<br />
Sparte <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong> Fachgebiet Technik<br />
Thema Energiesparlampen im Vergleich - wirklich alles öko?<br />
Teilnehmer: Name (Alter) Anschrift Schule / Institution / Betrieb<br />
Flora Kahlhöfer (18) 65719 Hofheim Main-Taunus-Schule<br />
65719 Hofheim<br />
Mareike Dörr (18) 65719 Hofheim Main-Taunus-Schule<br />
65719 Hofheim<br />
Anna Rosmanitz (15) 65795 Hattersheim Main-Taunus-Schule<br />
65719 Hofheim<br />
Betreuer/in Dr. Dieter Hoffmann<br />
Widersprüchliche Medienberichte zum „Glühlampenverbot“ der EU weckten den Wunsch, mit eigenen<br />
Untersuchungen zu einer umfassenderen und möglichst objektiven Bewertung der Energiesparlampen im<br />
Vergleich zu anderen Lichtquellen wie LEDs und Halogenglühlampen zu kommen. Mit Luxmeter, selbst<br />
gebauten Spektroskopen, Niederfrequenz- und Hochfrequenz-Spektrumscannern und Ultraschall-Wandlern<br />
wurde sowohl das abgestrahlte Licht wie auch der Elektrosmog und der verursachte Ultraschall vergleichend zu<br />
anderen Quellen untersucht. Die Menge des beim Zerbrechen kalter und heißer Energiesparlampen<br />
freigesetzten Quecksilbers wurde mit Dräger-Röhrchen bestimmt. Recherchen zu den noch nicht gelösten<br />
Problemen der Technik sowie der Entsorgung der Energiesparlampen, zu alternativen Lichtquellen und des<br />
Weiteren zu Einsparpotenzialen von Energie, CO2- und Quecksilberemissionen bei der Kohleverstromung, bei<br />
anderen Geräten und in anderen Haushaltsbereichen runden das Bild einer nicht ganz ausgewogenen EU-<br />
Entscheidung.<br />
Landeswettbewerb <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong> bei <strong>Merck</strong> in Darmstadt 10./11. März 2010<br />
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Stand: 23.02.2010
Kurzfassung Stand 27<br />
Sparte <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong> Fachgebiet Technik<br />
Thema Konzipierung und Realisierung einer intelligenten Hausautomationsanlage zur Senkung<br />
des Energieverbrauches privater Haushalte<br />
Teilnehmer: Name (Alter) Anschrift Schule / Institution / Betrieb<br />
Thomas Schrauth (19) 64743 Beerfelden Berufliches Schulzentrum<br />
Odenwaldkreis<br />
64720 Michelstadt<br />
Sascha Schorsch (18) 64732 Bad König Berufliches Schulzentrum<br />
Odenwaldkreis<br />
64720 Michelstadt<br />
Robert Wagner (19) 64720 Michelstadt Berufliches Schulzentrum<br />
Odenwaldkreis<br />
64720 Michelstadt<br />
Betreuer/in Dr. Andreas M. Seifert<br />
Die Privathaushalte sind Deutschlands zweitgrößter Energieverbraucher und tragen wesentlich zum<br />
anthropogenen Klimawandel bei. Ausgehend von dieser Problematik wurde ein System konzipiert und<br />
entwickelt, das durch intelligente Steuer- und Regelungsabläufe die Unzulänglichkeiten des Menschen ersetzt.<br />
Ein autonomes, <strong>auf</strong> Mikrocontrollern basierendes Regelungssystem passt die Umgebungsparameter im<br />
Haushalt (z.B. Raumhelligkeit oder Raumtemperatur) den individuellen Einstellungen und Gewohnheiten der<br />
Hausbewohner an. Ein in den Räumen installierter, berührungsempfindlicher Bildschirm mit graphischer<br />
Benutzeroberfläche und Gestenerkennung dient als lokale Schnittstelle zwischen den Hausbewohnern und<br />
dem, zur Vernetzung der Mikrocontrollern verwendetem, CAN-Bussystem. Das integrierte RFID-Funksystem<br />
erfasst die Nutzer beim Betreten bzw. Verlassen eines Raumes und berücksichtigt dadurch die persönlichen<br />
Einstellungen. Dabei ist es möglich, für jeden eingebundenen Raum und jede Person, unterschiedliche<br />
Rahmenbedingungen über ein Konfigurationsprogramm für die Regelung festzulegen. Das Ziel dieser Arbeit ist<br />
die Einsparung von Energie im Haushalt bei gleichzeitiger Steigerung des Wohnkomforts und Realisierung von<br />
Barrierefreiheit im Hinblick <strong>auf</strong> körperlich eingeschränkte Menschen.<br />
Landeswettbewerb <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong> bei <strong>Merck</strong> in Darmstadt 10./11. März 2010<br />
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Stand: 23.02.2010
Kurzfassung Stand 28<br />
Sparte <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong> Fachgebiet Technik<br />
Thema Tonerzeugung mittels Hochfrequenzplasmas (Plasmalautsprecher)<br />
Teilnehmer: Name (Alter) Anschrift Schule / Institution / Betrieb<br />
Malte Nickel (17) 35764 Sinn Johanneum-Gymnasium Herborn<br />
35745 Herborn<br />
Betreuer/in Thorsten Butsch<br />
Normale magnetische Lautsprecher benutzen zur Klangerzeugung eine Membran, welche die Luft im Takt der<br />
Musik in Schwingung versetzt. Eine andere Möglichkeit der Klangerzeugung besteht darin, die Luft direkt in<br />
Schwingung zu versetzen, indem man ihr Volumen ändert. Bei einem Blitz während eines Gewitters tritt genau<br />
dieser Effekt <strong>auf</strong>, der den charakteristischen Donner zur Folge hat. Um dieses Phänomen zur Wiedergabe eines<br />
Audiosignals nutzen zu können, benötigt man also eine Art „Blitz“, welcher im Takt der Musik sein Volumen<br />
ändern muss. Hierzu wird als „Blitz“ ein hochfrequentes Plasma um eine Elektrode herum erzeugt und das<br />
Audiosignal hinzugefügt, sodass dieses das Volumen des Plasmas bestimmt. Allerdings benötigt man hierfür<br />
hohe Spannungen, Ströme und Frequenzen, bei denen teils schwer vorauszusehende Effekte <strong>auf</strong>treten können.<br />
Es stellt sich also die Frage, ob ein solcher „Plasmalautsprecher“ konstruiert werden kann, welche<br />
Eigenschaften er besitzt und wie er im Vergleich mit herkömmlichen Lautsprechern abschneidet.<br />
Landeswettbewerb <strong>Jugend</strong> <strong>forscht</strong> bei <strong>Merck</strong> in Darmstadt 10./11. März 2010<br />
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Stand: 23.02.2010