20. Regionalwettbewerb von Jugend forscht

20. Regionalwettbewerb von Jugend forscht

Mi, 14.03.2018 - 19:08
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Für die Teilnehmer des Seminarkurses „Jugend forscht“ wurde es am Donnerstag, den 22.02.18 und Freitag, den 23.02.18 ernst. Unzählige Stunden haben vier Schüler der Klassenstufe J1 des Technischen Gymnasiums Horb an zwei verschiedenen Projekten gearbeitet und dem 20. Regionalwettbewerb „Jugend forscht“ in Altensteig entgegengefiebert. 

Annalina Winkler & Maximilian Schaffner nahmen in der Kategorie „Geo- und Raumwissenschaften“ teil mit dem Thema: „Verhalten geometrischer Strukturen bei simulierten Erdbebenwellen“. 
Was war die Motivation für dieses Projekt?
Seit 1900 hat die Zahl der Erdbebenopfer die Zwei-Millionen Grenze überschritten und verheerende Schäden an Gebäuden angerichtet. Um die Todesopfer zu senken, gibt es in der Bauindustrie verschiedene Ansätze zum erdbebensicheren Bauen. Diese reichen von der Einbringung von Sollbruchstellen bei Überbelastung der Struktur, über möglichst elastische Bauteile bis hin zu massereichen Schwingungsdämpfern in Hochhäusern.

In dem „Jugend forscht“-Projekt untersuchen die beiden verschiedene geometrische Strukturen auf ihre Erdbebensicherheit um etwas über erdbebensicheres Bauen zu lernen. Doch wie studiert man das Materialverhalten unter Erdbebenwellen ohne sich selber in Gefahr zu bringen?

Dazu hatten die beiden eine pfiffige Idee und bauten unter vielen Arbeitsstunden eine Schwingplatte, die sich periodisch in horizontaler und vertikaler Richtung bewegt. Realisiert wird dies über zwei Steppermotoren, die sie separat mittels Arduino ansteuern können, um so die verschiedensten Erdbebenwellen zu simulieren. 

Auf der Schwingplatte haben Annalina und Maximilian Balken verschiedener Materialien einseitig eingespannt und ihr Schwingverhalten mithilfe von Ultraschallsensoren und anschließender Fourieranalyse frequenztechnisch untersucht. Anstatt sich jedoch mit diesen einfachen  Strukturen zufriedenzugeben, sind die beiden noch einen Schritt weitergegangen und haben eigene Strukturen per 3D-Drucker geplottet und diese ebenfalls analysiert. Betreut wurde das Ganze von ihrem Physiklehrer Lars Erik Buchholz.

Für ihr Projekt erhielten die beiden Jungforscher den 3. Platz und zusätzlich noch einen Sonderpreis für eine gute Konstruktion. Herzlichen Glückwunsch.

Julija Frank und John Jacob traten in der Kategorie „Physik“ an mit ihrem Projekt „Einfluss von Beschallung auf die Ölabscheidung in Kältemittelverdichter“.
Dieses hochkomplexe Thema entstand aus der Zusammenarbeit mit der Firma Bitzer Kälte- und Klimatechnik und basiert auf einem bisher ungelösten Problem bei Kältemittelverdichtern. In den Verdichtern vermischt sich das Kältemittel mit Öl, welches für die Schmierung der mechanischen Bauteile benötigt wird. Dieses Öl möchte man jedoch im Kältemittelkreislauf vermeiden. Zu diesem Zweck scheidet man bisher die Öltropfen über ein Drahtgeflechtsystem ab. Bei verschiedenen Volumenströmen haften die Öltröpfchen verschieden gut an dem Geflecht. Der genaue Mechanismus gilt jedoch als wenig verstanden und zum Teil kontraintuitiv. 

Um dieses Phänomen zu verstehen untersuchen Julija und John in ihrer Arbeit das Verhalten von Flüssigkeitströpfchen unter Beschallung im variablen Frequenzbereich. Dazu musste ein sogenanntes Kundt’sches Rohr gebaut werden, so dass das Schwingverhalten von Tröpfchen bei stehenden Wellen analysiert werden konnte. Die optische Visualisierung der stehenden Wellen erfolgte über eine zweite baugleiche Röhre, die mit leichten Kügelchen befüllt wurde. Über einen Frequenzgenerator konnten die beiden Jungforscher ein breites Frequenzband durchtesten um Resonanzphänomene an Tröpfchen hervorzurufen. Die Eigenfrequenzen der Tropfen wurden in Theorie und Praxis bestätigt. Betreut wurde das Projekt von Lars Erik Buchholz, Prof. Dr. Uwe Klein und Dr. Frank Vetter. Vielen Dank an dieser Stelle an Fa. Bitzer für die Zusammenarbeit.

Dieses Projekt wurde von der Fachjury mit dem 2. Platz prämiert. 
Herzlichen Glückwunsch und weiterhin viel Erfolg. 

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