07.02.2013 Aufrufe

Kurzfassungen auf einen Blick - Merck Jugend forscht

Kurzfassungen auf einen Blick - Merck Jugend forscht

Kurzfassungen auf einen Blick - Merck Jugend forscht

MEHR ANZEIGEN
WENIGER ANZEIGEN

Erfolgreiche ePaper selbst erstellen

Machen Sie aus Ihren PDF Publikationen ein blätterbares Flipbook mit unserer einzigartigen Google optimierten e-Paper Software.

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 />

www.merck.de/jugend-<strong>forscht</strong><br />

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 />

www.merck.de/jugend-<strong>forscht</strong><br />

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 />

www.merck.de/jugend-<strong>forscht</strong><br />

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 />

www.merck.de/jugend-<strong>forscht</strong><br />

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 />

www.merck.de/jugend-<strong>forscht</strong><br />

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 />

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 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 />

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 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 />

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 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 />

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 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 />

www.merck.de/jugend-<strong>forscht</strong><br />

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 />

www.merck.de/jugend-<strong>forscht</strong><br />

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 />

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 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 />

www.merck.de/jugend-<strong>forscht</strong><br />

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 />

www.merck.de/jugend-<strong>forscht</strong><br />

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 />

www.merck.de/jugend-<strong>forscht</strong><br />

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 />

www.merck.de/jugend-<strong>forscht</strong><br />

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 />

www.merck.de/jugend-<strong>forscht</strong><br />

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 />

www.merck.de/jugend-<strong>forscht</strong><br />

Stand: 23.02.2010

Hurra! Ihre Datei wurde hochgeladen und ist bereit für die Veröffentlichung.

Erfolgreich gespeichert!

Leider ist etwas schief gelaufen!