Landessieger Schüler experimentieren 2017

Arbeitswelt

Hallo Wach

 Arbeitswelt LandeswettbewerbPascal Giraud, Thomas-Mann-Gymnasium Stutensee
Joshua Steiner, Thomas-Mann-Gymnasium Stutensee
Dennis Moschina, Thomas-Mann-Gymnasium Stutensee
Betreuung: Bernhard Kunz

 

Melatonin ist ein Hormon, das den Tag- und Nachtrhythmus des menschlichen Körpers steuert. Hohe Melatoninwerte führen zu Müdigkeit, Leistungsminderung und nachlassenden Reaktionszeiten. Dunkelheit erhöht die Melatoninwerte, Licht mit einem hohem Blauanteil dagegen verringert die Ausschüttung des Hormons. Blaues Licht macht Menschen also wacher, leistungsfähiger und reaktionsschneller.
Wir haben RGB-Leuchtdioden in ein Schutzbrillengehäuse eingebaut und steuern sie mit einem Mikrocontroller und einem selbsterstellten Steuerungsporgramm. Damit kann sowohl die Helligkeit als auch die Farbe der Leuchtdioden variiert und so das menschliche Auge mit verschiedenem Licht beschienen werden. Ausgewählte Testreihen sollen zeigen, dass unsere Brille Einfluss auf die Melatoninbildung hat und somit für Menschen besonders mit Abend- oder Nachtarbeitszeiten ein geregelter und gesunder Schlaf- und Wachrhythmus ermöglicht wird.

 

Biologie


Braeburn, Elstar und Co.: Welches ist dein Lieblingsapfel?

Biologie LandeswettbewerbNemea Holme, Ludwig-Frank-Gymnasium Mannheim
Marlene Schneider, Ludwig-Frank-Gymnasium Mannheim
Betreuung: Stephanie Sprinz, Carolin Möbus

 

Wir essen beide gerne Äpfel. Und das tun auch die meisten anderen Menschen in Deutschland. Der Apfel ist unser beliebtestes Obst. Da dachten wir uns, dass es interessant wäre, die Äpfel einmal genauer unter die Lupe zu nehmen. In Supermärkten und Obstgeschäften gibt es sehr viele verschiedene Apfelsorten: Braeburn, Elstar, Granny Smith...das sind nur einige der vielen Sorten, zwischen denen man sich entscheiden muss. Welchen davon soll ich nun kaufen? Das hängt von verschiedenen Faktoren ab: Mag ich meinen Apfel lieber süß oder sauer, saftig oder mehlig, knackig oder weich? Will ich die Äpfel gleich essen oder sie länger aufbewahren?
Wir haben die Eigenschaften verschiedener Apfelsorten untersucht und unsere Ergebnisse in
Diagrammen zusammengefasst. Die folgenden Eigenschaften haben wir verglichen:
Haltbarkeit, pH-Wert, Zuckergehalt, Saftgehalt, Knackigkeit und Vitamin C-Gehalt.
Wir hoffen, dass unsere Messergebnisse bei der Entscheidung helfen können, welche Apfelsorte man denn nun einkaufen soll.

 

 

Chemie

Farbstoffsolarzellen aus Naturfarbstoff

Chemie LandeswettbewerbTobias Reichert, Max-Planck-Gymnasium Heidenheim
Betreuung: Daniel Mattes, Alexandra Beuß

 


In meinem Projekt habe ich Grätzelzellen aus verschiedenen Fruchtfarbstoffen gebaut. Dabei untersuchte ich die Auswirkung verschiedener Farbstoffe auf die Spannung. Unter der Forschungsfrage, auf welche Art und Weise die Haltbarkeit der Farbstoffsolarzellen ausgebaut werden kann, befasste ich mich genauer mit der Spannungsentwicklung verschiedener Farbstoffsolarzellen während eines bestimmten Zeitraums.
Der Bau einer Farbstoffsolarzelle ist mit einem wesentlich geringeren Materialaufwand als der einer herkömmlichen Siliziumsolarzelle verbunden und daher ist die Farbstoffsolarzelle einfacher herzustellen.
Grätzelzellen, deren Farbstoffe aus Früchten sowie Beeren bestehen, sind äußerst kostengünstig und somit auch für Entwicklungsländer finanzierbar. Darüber hinaus könnten sie in den Fenstern und Fassaden öffentlicher Gebäude, wie beispielsweiße Schulen, eingesetzt werden.

 

 

 

Geo- und Raumwissenschaften

Eisformationen - Kammeis und Ice Spikes

Geo/Raum LandeswettbewerbEva Graf, Gymnasium Ochsenhausen
Lea Sailer, Gymnasium Ochsenhausen
Valentin Bodenmüller, Gymnasium Ochsenhausen

Betreuung: Beatrix Mack-Stähle, Tobias Beck

 

Ice Spikes sind Eisformationen, die aus der Oberfläche gefrorenen Wassers herauswachsen. Sie tragen ihren Namen, da sie nadelförmig aus dem Boden hinausragen. Sie haben die verschiedensten Formen und kommen häufig in Vertiefungen der Erdoberfläche und in kalten Nächten mit Nebel und Bodenfrost vor. Zudem treten sie in Behältern, in denen das Wasser schnell gefriert, auf. Wir versuchen die Bedingungen für das entstehen der Ice Spikes bestmöglichst nachzustellen und untersuchen hierfür die nötigen Parameter: unter anderem die Temperatur von Luft und Boden, ebenso die Luftfeuchtigkeit und die Feuchtigkeit des Bodens. Außerdem testen wir verschiedene Wasserarten.
Unser Ziel ist es Ice Spikes selbst herzustellen und die richtigen Parameter herauszufinden.

 

 

 

Mathe/Informatik

Tims MasterMind Solver – Lösungsstrategien zum Spiel „MasterMind“

MatheInfo LandeswettbewerbTim Palm, Landesgymnasium für Hochbegabte Schwäbisch Gmünd
Betreuung: Dr. Olga Lomonsova, Alexander Schönborn

 

Bei dem Gesellschaftsspiel „MasterMind“ handelt es sich um ein Logikspiel der Firma Haspro® & Parker-Brothers®. Das Spiel wird zu zweit gespielt. Ein Spieler ist der Codemaker, der andere der Codebreaker. Der Codemaker steckt zunächst einen vierstelligen Code aus sechs verschiedenen Farben (z.B. Gelb, Gelb, Grün, Rot). Dieser Code ist für den Codebreaker nicht sichtbar, welcher nun versuchen muss, ihn zu knacken. Dazu hat er zehn Versuche. Nach jedem Versuch bekommt er vom Codemaker eine Antwort auf seinen Versuch in Form von weißen und schwarzen Steckern. Die schwarzen Stecker stehen für eine richtige Farbe an richtiger Position und die weißen für eine Farbe, die zwar im Code vorkommt, allerdings noch nicht an der richtigen Position. Durch diese Stecker bekommt der Codebreaker nun Informationen, die er für seinen nächsten Zug verwenden kann.
Für das Spiel wurden verschiedene Lösungsstrategien entworfen und in einem Computerprogramm umgesetzt. Zudem wurde ein Algorithmus aus einer Veröffentlichung untersucht. Durch statistische Analysen konnten die eigenen sowie der veröffentlichte Algorithmus verbessert werden. Die einzelnen Algorithmen wurden in folgenden Kategorien untersucht:
  • Summe aller benötigten Versuche für alle 1296 Codes
  • Maximum der benötigten Versuche für einen Code
  • Durchschnittliche Anzahl der benötigten Versuche pro Code
  • Rechenzeit, um alle 1296 Codes zu lösen

Darauf aufbauend wurde ein neuer Ansatz entworfen, der von allen behandelten Algorithmen der Beste ist. Das Programm besteht aber nicht nur aus statistischen Untersuchungen, sondern auch aus einem Spielmodus, in dem man gegen den PC spielt. Auch wurde ein Modus implementiert, der eine Hilfestellung zu einem Spieldurchlauf in der realen Welt liefert.

    


 

Physik

 

Verteilung verschiedener gelöster Stoffe in gefrierendem Wasser

 

Physik LandeswettbewerbNicole Wölfle, Otto-Hahn-Gymnasium
Betreuung: Dipl-Phys. Werner Hasler

 

Diese Arbeit befasst sich mit der Verteilung verschiedener in Wasser gelöster Stoffe beim Gefrieren. In diesem Zusammenhang werden zwei Versuche durchgeführt. Zuerst wird eine mit Kaliumpermanganat gefärbte Wasserlösung eingefroren und anschließend wird der Versuch mit einer Kochsalzlösung wiederholt. Dabei konzentriert sich in Wasser gelöstes Kaliumpermanganat sowie Kochsalz beim Gefrieren der Wasserlösung in der Mitte des Gefäßes. Die Eisbildung beginnt am Rand und setzt sich dann nach innen fort.
Die Wasser-Dipol-Moleküle lagern sich an die gegensätzlich geladenen Salzionen an. Mit dieser Hydrathülle sind sie zu groß für das engmaschige Gitter des Eises. Steigt der Druck im noch flüssigen Innenraum des Gefäßes mit zunehmender Eisbildung an, bricht die Hydrathülle auf, und die Salzionen können in das engmaschige Gitter des Eises eindringen.
Neben der Vorbereitung und Durchführung der Experimente, liegt ein weiterer Schwerpunk in dieser Arbeit auf der messtechnischen Erfassung der Verteilung der Ionen im Eis. Dazu werden Messverfahren vorgestellt, mit denen zuverlässig und reproduzierbar diese Verteilung bestimmt werden kann. Zum einen wird abhängig vom Ort die Farbverteilung mit Hilfe von Histogrammen und zum anderen die Verteilung des Kochsalzes über die Leitfähigkeit des Eises bestimmt.

 

 

Technik


Das intelligente Fahrradschloss

 

Technik LandeswettbewerbLeo Grossman, Hans-Thoma-Gymnasium Lörrach
Ort der Projekterstellung: phaenovum Schülerforschungszentrum Lörrach
Betreuung: Gerhard Holetzke

 


Ich will ein intelligentes Fahrradschloss konstruieren, das am Hinterrad angebaut wird und mit einem Smartphone gesteuert werden kann. Es besteht aus einem Servo-Motor, 3D-gedruckten Bauteilen, einem Bluetooth- und einem GPS-Modul und einem Mikrocontroller, z.B. mit einem Arduino. Der Mikrocontroller, der in der Programmiersprache C programmiert wird, steuert den Servo-Motor, der eine Stange zwischen die Speichen schiebt, sodass das Fahrrad abgeschlossen wird.
Das Schloss kann mithilfe einer Smartphone-App per Bluetooth-Übertragung auf- und abgeschlossen werden. Man kann sein Fahrrad außerdem in einen Verleih-Modus versetzen und so anderen Personen erlauben, das Fahrrad gegen Bezahlung auszuleihen. Ein Buzzer wird informieren, wann die Ausleihzeit zu Ende ist. Falls jemand das Fahrrad stiehlt, kann mit dem GPS-Modul festgestellt werden, an welchem Ort sich das Fahrrad befindet.

 

 

 

Landessieg für die beste interdisziplinäre Arbeit

Verfolgung von gehandicapten Personen, um deren Wiedereinstieg in
deren Alltag zu unterstützen

Interdisziplinär LandeswettbewerbMarla Laidler, Max-Planck-Gymnasium Heidenheim
Silvan Laidler, Max-Planck-Gymnasium Heidenheim
Betreuung: Dr. Matthias Möbius

 

Das Ziel unserer Arbeit ist es, durch den Rollstuhl, der per Kamera Personen verfolgen kann, Patienten zu unterstützen, das Laufen trainieren zu können, ohne auf weitere Personen angewiesen zu sein.
Wir haben die ursprüngliche Gegenstandsverfolgung per Kamera verwendet und erweitert. Ein Modellrollstuhl wurde mit einer Kamera versehen, die erkennt ein an der gehandicapten Person befestigtes Strukturbild und verfolgt dadurch den Patienten. Dieser bekommt hierdurch die Sicherheit vermittelt, dass er eigenständig eine gewisse Wegstrecke zurücklegen kann. Falls ihm seine Kraft nachlässt, kann er sich sofort, in den sich hinter ihm befindenden Rollstuhl setzen. Die Kamera erkennt das Bild und sendet diese Daten an einen Server, der schickt die Positionsdaten an einen Pi. Der Pi steuert einen Motordriver an, der zwei DC Motorenansteuert und dadurch den Weg des Patienten verfolgt.

 

 

 

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