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Jugend Forscht 2006: Sogar Physik kann Spaß machen!

Die Jugend- forscht- AG am MK gibt es schon seit vielen Jahren. Alle „ Jungforscher/innen“ der Klassen 7-13 treffen sich fast jeden Samstagvormittag in der Schule um dort unter der Leitung von Frau Keyser physikalische Experimente durchzuführen und naturwissenschaftliche Gesetze nachzuweisen. Des weiteren entwickeln einige von uns physikalische alltagstaugliche Geräte. Man lernt in der AG die Physik von einer anderen Seite kennen, die Spaß macht. Außerdem findet jedes Jahr ein Jugend forscht Wettbewerb im Hauptgebäude der Nord/LB statt, bei dem man außer in der Sparte Physik und Technik auch in Biologie, Chemie Geo- und Raumwissenschaften, Arbeitswelt und Mathematik/ Informatik teilnehmen kann. Dieser Wettbewerb ist nicht verpflichtend, aber von unserer Schule nahmen wieder fast alle Projekte teil, so dass wir einen Sonderpreis für die Teilnahme unserer vielen Projekte bekamen. Bis zum Wettbewerb wurden mit viel Mühe Messergebnisse ausgewertet, an Messgeräten getüftelt und physikalische Grundlagen erlernt.
Kurz vor dem Wettbewerb liefen unsere Vorbereitungen auf Hochtouren, da außer der Gestaltung der Informationsplakate auch noch ein Vortragt gelernt werden musste, den wir der Jury präsentierten.
Der Wettbewerb fand schließlich am 24./25. Februar statt. Am 24. Februar besuchten wir am Abend nach der Befragung der Jury das Staatstheater. Dort sahen wir uns „ Ein Stück über den Tango“ an. Dies war das Highlight des Tages.
Am 25. Februar waren die Projekte auch für die Öffentlichkeit zugänglich. In der anschließenden Feierstunde wurden die Preisträger der verschiedenen Sparten geehrt. Zwei Projekte unserer Schule belegten im Bereich Jugend forscht und im Bereich Schüler experimentieren in der Sparte Physik jeweils den 2. Platz.
An dieser Stelle möchten wir, die „Ju-Fos“ vom MK, noch einmal unserer Schülerfirma „mk-return“ danken die uns für den Wettbewerb finanziell unterstützt hat. Es ist echt toll, eine solche Schülerfirma zu haben.

Kurzfassungen der Wettbewerbsarbeiten

Messungen der Leckstrahlung von Mikrowellengeräten:
Mikrowellengeräte findet man heutzutage in fast jedem Haushalt. Man bekommt immer gesagt, dass man nicht zu nah vor die Mikrowelle stellen soll, da diese „strahlt“.
Mich interessierte, wie viel Leckstrahlung aus einem Mikrowellengerät austritt und wie man diese messen kann.
Dazu baute ich ein einfaches Messgerät, welches vor allem durch seine gute Nutzbarkeit überzeugt.
Die Messungen bewiesen, dass die Leckstrahlung der Mikrowellengeräte häufig im Bereich der Türfugen bzw. im mittleren Fensterbereich auftritt.
Bei meinen Messungen überschreitet die Leckstrahlung den Grenzwert von 5mw/m² bei weitem nicht.

Aerosolspektrometrie:

In diesem Jahr habe ich bei „Jugend forscht“ an meinem Aerosolmesssystem vom Vorjahr weitergeforscht. Das damals unzureichend funktionierende System sollte dieses Jahr Aerosole (= kleinste, feinste Teilchen in Gasen, z.B. rauch, Wolken etc.) nach ihrer Größe sortieren und anschließend die Anzahl messen. Durch einen Computerlüfter werden die Aerosole in einen Filter gezogen. Dieser wird dann von mir mit einer Hochspannung versorgt. Die Hochspannung bewirkt, dass die elektrostatisch- geladenen Aerosole mehr oder weniger stark abgelenkt werden (je nach ihrer Größe und Masse). Ein kleines loch befindet sich unten im Filter, der folglich nur eine  Aerosolgröße durchlässt. Die durchgepusteten Aerosole kommen nun in die Messdose. Diese ist eine einfache Fotodose, in der sich eine Diode und eine Fotozelle befinden. Sobald Aerosole in die Messdose kommen, reflektieren sie das Licht auf die Fotozelle. Ich kann anhand der Ausgangsspannung der Fotozelle auf die Anzahl der Aerosole zurückschließen.

Strahlungspyrometer zur Fernbestimmung von Temperaturen:

Im Physikunterricht haben wir einmal über die Temperaturverteilung in einer Kerzenflamme gesprochen und festgestellt, dass sie von gelb nach bleu aufsteigt. Aber die Temperaturen konnten nicht bestimmt werden.
Durch Überlassung einer alten, aber noch sehr guten Videoüberwachungsanlage und einer Infrarot-Diode kamen wir nun auf die Idee, damit zu versuchen, hohe Temperaturen berührungslos aus großer Entfernung zu messen.
Strahlungspyrometer aus dem Umweltschutz sind ja schon relativ lange bekannt, wenn man z.B. an die Wärmebildkameras für Hausfassahnden denkt, wenn man die Wärmeverluste orten möchte. Ein anderes Beispiel ist die Bestimmung der Temperaturverteilung von Warmluftöfen.
Diese Wärmebildkameras haben aber zwei entscheidende nachteile für uns. Sie sind mit EUR 20.000,00- EUR 100.000,00 zu teuer für uns und messen nur Temperaturen bis ca. 150°C. wir haben uns daher dafür entschieden, einem Wärmesensor vor dem Kamerachip zu platzieren, dass wir die Temperatur von einem visuell anvisierten punkt eines Gegenstandes messen können –sogar für Temperaturen bis zu 2700K (Lampenwendel einer Halogenlampe).
Mit herkömmlichen nicht-berührungslosen Thermometern ist dieser Temperaturbericht gar nicht zu erfassen, da sie bei diesen hohen Temperaturen zerstört würden.

Messen der Störstrahlung von Bildschirmen:

Strahlung ist überall in fast jedem Haushalt befindet sich mindestens 1 Fernseher oder Computer. Ständig kriegt man zu hören, wie schädlich Strahlung doch sei. Wir befassten uns speziell mit der Bildschirmstrahlung, die wir mit einem selbstgebauten einfachen Messgerät nachgewiesen haben. Dieses Messgerät könnte in jedem Haushalt vorhanden sein und problemlos eingesetzt werden. Wir haben festgestellt, dass Störstrahlung bei Bildschirmen auftritt, besonders in der Bildmitte, aber nie der geforderte Grenzwert überschritten wird.

Auf dem Weg zu neuen Treibstoffen! :

Die Menschheit war schon immer von großen Geschwindigkeiten beeindruckt. Auch wir wollten ein Projekt finden, dass unser Interesse an Flugzeugen und Autos befriedigt. Beim Recherchieren stießen wir auf die Weltraumprojekte der USA und auf verschiedene Raketentests, die alle als Antrieb ein Staustrahltriebwerk verwendeten. Beim tieferen Einsteigen in die Materie fanden wir heraus, dass es mehrere verschiedene Ausführungen und Modelle des Antriebs gibt, die unter dem Namen „Staustrahltriebwerk“ zusammengefasst werden. Nachdem dieses Thema unser Interesse geweckt hatte, fingen wir an, Pläne eines solch leistungsstarken Motors zu suchen und zu überprüfen, ob es im Bereich des Möglichen liegt, ein Staustrahltriebwerk nachzubauen und damit Tests durchzuführen, um festzustellen wie leistungsstark und effektiv ein solches Triebwerk arbeitet. In das Vorhaben mischte sich die Hoffnung, dass man das fertige  Staustrahltriebwerk sogar in einen Deltaflieger einbauen könnte, der in der Lage wäre, bis 800km/h zu erreichen. Damit war der Grundstein für unser Projekt  gelegt und wir vertieften während des Baus unsere Kenntnisse auf dem gebiet des Staustrahltriebwerks.

Navigation mittels Sagnac- Effekt im Laserkreisel:

Licht in einem Laserkreisel erfährt bei einer Drehung des Systems eine Wellenlängenänderung. Mit diesem als Sagnac Effekt  bezeichneten Phänomen ist es möglich, eine vollständige Navigation eines Körpers in zwei Raumrichtungen durchzuführen. Dabei werden zwei Laserstrahlen in einem Laserkreisel in die entgegengesetzten Richtungen ausgesandt. Diese interferieren miteinander und man kann die Schwebung messen. Wird das System gedreht, so verändert sich die Anzahl der Auslöschungen pro Zeitintervall.
Zur Positionsbestimmung wird sowohl der Drehwinkel des Systems nach der zeit als auch die vom System zurückgelegene strecke benötigt. Der Drehwinkel lässt hierbei über die Winkelgeschwindigkeit des Laserkreisels und der damit verbundenen Änderung der Schwebung berechnen. Da die beschleunigenden Kräfte des sich bewegenden Körpers direkt am Laserkreisel anliegen, ist die Änderung in der Schwebung ein Maß für die Beschleunigung des Systems. Aus dieser lässt sich durch zweimalige Integration der zurückgelegte Weg des Körpers berechnen.