Jugend forscht SJ 2023/2024

Landesfinale: Der Landeswettbewerb endete mit einer feierlichen Siegerehrung am 21. März in Düsseldorf

Regionalfinale: 28.02.2024 Düsseldorf

Projektüberblick:

Wenn man ein ferromagnetisches Material in ein veränderndes magnetisches Feld stellt, kann man eine winzig kleine Deformation in dem Material wahrnehmen. Diese Deformation kann man mit einem kleinen Ball demonstrieren. Obwohl die Deformation des Materials nur Mikrometer beträgt, sorgt die hohe Frequenz der Verformung dafür, dass der Ball auftippt. Durch meine Forschung wollte ich den Effekt sowohl qualitativ als auch quantitativ erklären und die Bewegung des Balles charakterisieren.

Projektüberblick:

Wenn eine passiv rollende Kugel in eine mit Sand gefüllte Bahn gerät, wird sie abgebremst, bis sie schließlich stehen bleibt. Die Funktionsweise einer solchen Notfallspur mag offensichtlich oder trivial erscheinen, aber die Modellierung der Bewegung erweist sich als interessante Herausforderung, da das Verhalten des Sandes schwer zu beschreiben ist und viele Faktoren den Bremsweg beeinflussen. Ob die Entschleunigung konstant ist, wovon sie abhängt und wie die ideale Bahnlänge aussieht, sind die Fragen, die ich in meiner Arbeit durch den Vergleich von Theorie und Messungen beantworte.

Projektüberblick:

Heutzutage trifft man nur selten Elektronenröhren. Mehrere Musiker und Audioexperten behaupten, dass die Röhrenverstärker besser sind oder anders klingen, wie die zutage sehr verbreitete Verstärker, die mit Transistoren oder Mikrochips funktionieren. Aber wenn die Röhrenverstärker ,,besser“, klingen, warum sind sie aus der Mode ausgelaufen? Klingen sie nicht gut oder sind sie nicht besser als moderne Geräte? Was sind die Unterschiede? Was sind die technischen Geheimnisse der Röhrenverstärker, weswegen sie anders schallen? Um diese Fragen beantworten zu können, habe ich einen Verstärker aus Elektronenröhren gebaut. In meiner Forschung führe ich Messungen mit Messgeräten durch, um zu sehen, wie die Verstärker die Eingangssignale verändern. Danach frage ich auch Menschen, welcher Klang ihnen besser gefällt und vergleiche die Ergebnisse mit den Messungen. Meine Forschungshypothese ist, dass die Röhrenverstärker besser klingen, weil sie die Ausgangssignale für das Ohr angenehmer sind.

Projektüberblick:

In meinem Projekt untersuche ich das Verhalten von Dominos unter Berücksichtigung der Parameter Abstand, Einschlagswinkel und Reibung. Es gibt rein mathematische Formeln zur Vorhersage der Parameter Einschlagswinkel, Maximalabstand und Minimalabstand. Diese habe ich untersucht, um zu zeigen, dass die Mathematik zwar schön ist, die Praxis aber anders aussieht. Ein pur mathematisches Modell kann Faktoren wie Reibung und Luftwiederstand vernachlässigen, was zu Ungenauigkeiten führt. Den Einschlagwinkel zweier Dominosteine habe ich bei verschiedenen Abständen zunächst statisch, anschließend dynamisch gemessen und die berechneten Werte damit verglichen. Die statischen Messwerte stimmen weitgehend überein. Bei dem Mindest- und Maximalabstand stimmen die hervorgesagten Werte nicht. Bei verschiedenen Oberflächen waren die Abweichungen verschieden groß, doch immer präsent. Mit diesem Projekt will ich am Beispiel von Dominos zeigen, dass unsere Welt viel komplexer ist, als paar Rechnungen.

Projektüberblick:

Letztes Jahr habe ich mich mit dem thermoakustischen Motor bewerbt, seitdem habe ich mit ihm viel gearbeitet und erneut. Knapp zusammengefasst, wandelt der Motor Wärmeenergie in Schwingungsenergie einer akustischen Schallwelle um, was schließlich in kinetische Energie umgeformt wird. Letztes Jahr habe ich die Bedingungen und Eigenschaften der Funktionsweise vorgestellt. Diesmal werde ich mich mit der Temperatur, dem Ton, der warmen Seite und nicht mit mechanischer, sondern elektrischer Leistung beschäftigen, damit ich eine bessere Erklärung der Funktionsweise kriege. Die Temperatur der warmen Seite werden wir messen, damit wir relevanten Parametern untersuchen können. Außerdem betrachte ich genauer und komplexer die Oberschwingungen im Ton, gewinne elektrische Leistung aus dem System, und zum Ganzen habe ich den Aufbau des Motors für meine Messungen weiterentwickelt.

Projektüberblick:

Wir haben uns schon in der Vergangenheit mit Arduino in der Physik AG unserer Schule beschäftigt und haben es geliebt. Außerdem spielen wir alle auf einem Instrument, was uns inspiriert hat, mit der Kombination von Arduino und Musik etwas zu erschaffen. Langsam kamen wir auf die Idee eines Instruments, was nach Entfernungsmessung funktioniert. Die wichtigsten, unverzichtbaren Geräte sind grundsätzlich die Sensoren, die Entfernungen messen und der Transistor. Die Frequenzen der Töne kann man mit diesen zwei verschiedenen Sensoren beeinflussen. Diese messen die Entfernung mit Ultraschall vom Sensor zum Objekt. So kann man die Frequenz mit Händen kontrollieren. Die Frage des Projekts war, ob so ein Musikinstrument schaffbar ist oder nicht, und ob das Instrument am Ende wirklich funktionieren wird.

Projektüberblick:

Landwirtschaftliche Bewässerungssysteme benutzt man weltweit, jedoch sind diese oft zu teuer, energieaufwendig und kompliziert. Stattdessen kann eine einfache Rohrpumpe den Bedarf in vielen Fällen ausreichend decken. Dies wird erstellt, indem an einer rotierenden, vertikalen Achse ein Rohr schräg befestigt ist und, wo es näher zur Achse ist teilweise in Wasser eingetaucht, sodass Flüssigkeit am oberen Ende des Rohrs ausspritzt. Für das Optimieren der Pumpe untersuche ich den physikalischen Hintergrund diesem praktischen Gerät, indem ich ein theoretisches Modell (das hauptsächlich auf Druckunterschiede im Rohr und die Bernoulli-Gleichung basiert) für den Volumenstrom und zurückgelegte Strecke des Wassers entwickle und mit einem geeigneten Messaufbau unter Verwendung von zwei Messmethoden und Untersuchung einer Vielfalt von Parametern das Modell unterstütze. Dies bietet ein besseres Verständnis über das Phänomen und erlaubt damit das Optimieren und Effektivitätserhöhung für Landwirten.