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05/08/2002 10:37

Abiturientenlohn: 10 Klasse-Physik-Facharbeiten prämiert

Jürgen Abel M. A. Pressestelle
Universität Bayreuth

Bereits im dritten Jahrgang sind nun zehn bayerische Abiturienten des Leistungskurses Physik mit dem von der Fa. SCHOTT GLAS gestifteten Physikpreis prämiert worden. Sie erhalten Urkunden und Büchergutscheine über je 375 Euro.

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Wieder 10 Physikpreise für hervorragende
Facharbeiten bayerischer Abiturienten
Qualität insgesamt sehr gut - Urkunde und Büchergutschein über 375 Euro

Bayreuth (UBT). Ein leistungsfähiges Rotorblattmodell für Windenergie-Konverter, die Untersuchung der Flugbahn einer Wasserrakete mit Hilfe von Videoanalyse und Simulation mit dem Computer sowie die Polarisation als Technik für stereoskopische Videoprojektion - das sind drei von zehn Themen bayerischer Abiturientinnen und Abiturienten im Leistungskurs Physik, die nun mit dem von der Firma SCHOTT GLAS gestifteten Physikpreisen 2002 prämiert wurden. Die Schülerinnen und Schüler kommen von Gymnasien in Schongau, Ebern, Marktbreit, Höchstadt a. d. Aisch, Spardorf, Fürstenzell, München, Gauting, Icking und Neustadt bei Coburg.

Die Fakultäten oder Fachgruppen für Physik der Bayerischen Landesuniversitäten in Augsburg, Bayreuth, Erlangen-Nürnberg, München, Regensburg und Augsburg wollen mit der Preisvorgabe einerseits hervorragende Beschäftigung mit Themen dieser grundlegenden Naturwissenschaft anerkennend würdigen, anderseits aber auch die Öffentlichkeit mehr für solche Themen sensibilisieren. Deshalb wurde vor drei Jahren erstmals dieser Physik-Preis ausgeschrieben.

Auch dieses Jahr wurden die Leistungskurse Physik an den 415 bayerischen Gymnasien wieder aufgefordert, Arbeiten einzureichen. Insgesamt gingen 47 Facharbeiten ein, die von einer Auswahlkommission begutachtet wurden, der jeweils ein Professor der sieben beteiligten Universitäten und ein Vertreter der Firma SCHOTT GLAS angehörten.

Der Bayreuther Experimentalphysiker Professor Dr. Markus Schwoerer, einer der Initiatoren dieses Preises, betonte, die Auswahlkommission sei sehr beeindruckt von der Qualität der eingereichten Arbeiten, und die endgültige Prämierung deshalb sehr schwierig gewesen. Der Wettbewerb habe erneut gezeigt, so Professor Schwoerer weiter, dass Jugendliche sich noch immer und sogar wieder vermehrt mit großen Engagement und nach einem offenbar guten Schulunterricht, aber auch mit erstaunlicher Eigeninitiative in ein naturwissenschaftliches Thema vertiefen können. "Offenbar haben alle Teilnehmer an dem Wettbewerb durch ihre Arbeit an ihrer Facharbeit selbst erfahren, dass die Physik eine grundlegende Naturwissenschaft, Teil unserer Kultur und Grundlage der Technik ist", so der Bayreuther Physikprofessor.

Die zehn Preisträger erhalten ihre Auszeichnung bei den Entlassungsfeiern der Abiturienten im Juli dieses Jahres. Sie bekommen dann eine Urkunde und einen Gutschein im Wert von jeweils 375 Euro zum Kauf von Büchern.

Preisträger
Seltmann, Martin
Einführung in Nichtlineare Dynamik - Theorie und Praxis
Welfen-Gymnasium
Dornauer Weg 21
86956 Schongau
OStD Dr. Wolfgang Gebler

Wirth, Adrian
Erstellung eines leistungsfähigen Rotorblattmodells für Windenergie-Konverter mit horizontaler Achse
Friedrich-Rückert-Gymnasium Ebern
Gymnasiumstr. 4
96106 Ebern
OStD Dr. Kilian Popp

Schmitt, Manuel
Untersuchung der Flugbahn einer Wasserrakete mittels Videoanalyse und Simulation mit dem Computer
Gymnasium Marktbreit
Neue Obernbreiter Str. 21
97340 Marktbreit
OStD Heinrich Voit

Neike, Michael
Kontaktlinsen
Gymnasium Höchstadt a.d. Aisch
Bergstr. 4
91315 Höchstadt a. d. Aisch
OStD Ingemar Schoen

Kutschera, Bettina
Das Röhrenglockenspiel, Untersuchungen an schwingenden Röhren
Emil-von-Behring-Gymnasium
Buckenhofer Straße 5
91080 Spardorf
OStD Klaus Dünn

Schmid, Korbinian
Polarisation als Technik für stereoskopische Videoprojektion
Maristengymnasium
Schulstr. 18
94081 Fürstenzell
OStD i.K. P Helmut Funke

Lawitzky, Martin
Der Windkanal
Städtisches Thomas-Mann-Gymnasium
Drygalski-Allee 2
81477 München,
OStD Dr. Heinz Kosakowski

Kieffer, Michael
Bau einer Wärmepumpe
Otto-von-Taube Gymnasium
Germeringerstr. 41
82131 Gauting
OStDin Christel Stolz

Amann, Bernhard
Bau eines Quecksilber-Neigungsmessgeräts und seine Verwendung als Seismometer
Gymnasium Icking
Ulrichstr. 1-7
82057 Icking
OStD Günter Miller

Rabe, Stefanie
Die Entwicklungsgeschichte von Sternen und Beobachtung eines Mira-Veränderlichen
Arnold-Gymnasium
Postfach 11 20
96456 Neustadt b. Coburg
OStD Wolfgang Oswald

Würdigung
der Arbeiten der 10 Preisträger
für die besten Facharbeiten im Leistungskurs Physik
an den bayerischen Gymnasien
im Abiturjahrgang 2002

Martin Seltmann (Welfen-Gymnasium Schongau) hat sich mit dem modernen und wichtigen Gebiet der nichtlinearen Dynamik beschäftigt. Dazu gehört auch das deterministische Chaos. Man weiß heute auch in der Makrowelt, wann und unter welchen Voraussetzungen die Grenzen von Kausalität und Determinismus unscharf werden und Vorherberechnungen realer Prozesse, auch in ganz "einfachen" Systemen, damit prinzipiell nicht mehr scharf sein können. Nach einem ausführlichen mathematisch-theoretischen Teil hat Martin Seltmann ein Wasserrad gebaut, mit dem einfache, aber sehr interessante, Nichtlinearitäten direkt mit dem Auge beobachtet werden können. Die Nichtlinearität dieses Lorenz-Wasserrads wird durch die Menge des Wasserzulaufs gesteuert. Bei kritischen Werten des Zulaufs wird die Drehung des Rads chaotisch. Die theoretische Behandlung der Dynamik des Lorenz-Rads geht weit über den mathematischen Schulstoff hinaus, wird jedoch von Martin Seltmann verständlich dargestellt. Das selbstgebaute Lorenz-Rad wurde mit einfachen Mitteln aus einem Rad eines Fahrrads und aus Wasserbechern realisiert. Seine chaotisch verlaufende Umkehrung der Drehrichtung kann mit dem Auge und einer Stoppuhr direkt beobachtet werden. Das Lorenz-Rad könnte ein lehrreicher Schmuck des Schulhofs werden.

Adrian Wirth (Friedrich Rückert-Gymnasium in Ebern) hat die Aerodynamik eines Rotorblatts für Windenergiekonverter experimentell und theoretisch untersucht. Obwohl Aerodynamik und Strömungslehre im Schulstoff nur am Rande behandelt werden können, hat sich Adrian Wirth auch theoretisch tief in diese schwierige physikalische Materie eingearbeitet. Dazu gehörte nicht nur der Bau eines Windkanals und die Herstellung und Untersuchung verschiedener Profile der Rotorblätter, sondern auch die Analyse der Energieverhältnisse eines Windkraftwerks. Adrian Wirth hat mit seiner Arbeit einen hervorragenden Einstieg in eine noch immer zukunftsträchtige physikalische Technik gefunden. Mit der Arbeit hat er auch demonstriert, wie ein Schüler sich ernshaft für eine ressourcenschonende Energietechnik engagieren kann.

Manuel Schmitt (Gymnasium Marktbreit) hat die Flugbahn einer Wasserrakete mittels Videoanalyse und Computersimulation untersucht. Dazu hat er mit gutem physikalischen Sachverstand und auch mit handwerklichen Geschick die Startbedingungen der Rakete systematisch variiert und dann jeweils deren Flugbahn auf einem Sportplatz mit einer Videokamera ausgemessen. Zur Analyse und zur Simulation der Startphase und der Flugbahn hat sich Manuel Schmitt intensiv in die Strömungsmechanik eingearbeitet und außerdem hat er demonstriert, dass der Computer als wissenschaftliches Werkzeug auch in der Schule mit Erfolg und Gewinn benutzt werden kann. Die Niederschrift der Arbeit besticht durch einen klaren Text und durch ein sehr ansprechendes Layout.

Michael Neike (Gymnasium Höchstadt an der Aisch) hat Kontaktlinsen untersucht. Vorbildlich für eine (natur)wissenschaftliche Arbeit beginnt Michael Neike mit einer historischen Abhandlung zur Korrektur von Sehfehlern, die bis in die Zeit der Renaissance zurückgeht. Dabei erwähnt er auch die wichtigen Beiträge der Organischen und der Polymer-Chemie. Nach einem physikalisch klar formulierten Abschnitt über die Optik im Auge beschreibt Michael Neike eigene Modellexperimente zur Demonstration verschiedner Formen der Fehlsichtigkeit (Kurz- und Weitsichtigkeit sowie Astigmatismus). Im Hauptteil der Arbeit werden Kontaktlinsen theoretisch ausführlich behandelt. Dabei benutzt Michael Neike eine Matrixformulierung, welche die Zahl der notwendigen Gleichungen reduziert und die Darstellung übersichtlich macht. Trotzdem ist die Optik der Kontaktlinsen im Detail kompliziert. Ihre theoretische Behandlung ist deshalb eine erstaunliche Leistung des Kollegiaten. Zur Funktion der Haftlinse gehört auch die Mechanik der Haftung am Auge. Dazu beschreibt Michael Neike am Ende seiner Arbeit eigene Experimente zur Messung der Kräfte, die zum Abzug einer Kontaktlinse von einem Schweinsauge unter verschiedenen Bedingungen notwendig sind. Eine runde, solide und schülergerechte Arbeit!

Bettina Kutschera (Emil von Behring Gymnasium, Spardorf) hat die Physik des Röhrenglockenspiels untersucht. Dazu hat sie zu Beginn mit sehr gutem physikalischem Sachverstand die Bewegungsgleichungen schwingender Stäbe einschließlich der für ihre Arbeit wichtigen Randeffekte und Oberwellen behandelt und gelöst und die Lösungen in Diagrammen dargestellt. In einem großen experimentellen Teil hat Bettina Kutschera dann die Akustik eines Metallrohrs untersucht. Dabei hat sie besonderen Wert auf die für die Wahrnehmung wichtigen Phänomene der Dämpfung und der Obertöne gelegt. Auch die Abschätzung der Messfehler sind - wie in einer guten wissenschaftlichen Arbeit - gewissenhaft durchgeführt worden. Nach ihren grundlegenden Arbeiten hat Bettina Kutschera ein kommerzielles Röhrenglockenspiel analysiert. Der Vergleich der tatsächlichen und der berechneten Töne wurde sorgfältig analysiert und hat sogar zu einer Vermutung über das Material geführt, aus dem das kommerzielle Gerät hergestellt sein könnte. Die Facharbeit von Frau Kutschera besitzt alle Elemente einer naturwissenschaftlichen Forschungsarbeit: ein klar definiertes und originelles Ziel, eine theoretische Analyse, eine eigenständige experimentelle Arbeit und - am Ende - auch eine Anwendung. Prima!

Korbinian Schmid (Maristengymnasium Fürstenzell) hat die Polarisation des Lichts als Technik für stereoskopische Videoprojektion theoretisch und experimentell behandelt. Nach einer kompakten und gut gegliederten Einführung in die Stereoskopie und in die Polarisation des Lichts wird eine stabile und präzise Vorrichtung beschrieben, die Korbinian Schmid zur exakten Justierung zweier Beamer selbst hergestellt hat. Die beiden Beamer projizieren je eine Videoaufnahme ein und desselben bewegten Objekts. Die beiden Aufnahmen werden gleichzeitig mit zwei nebeneinander aufgestellten Kameras gemacht oder mit Hilfe eines Computers so hergestellt, als seien sie mit nebeneinander gestellten Kameras aufgenommen. Die Projektion erfolgt so, dass die beiden Filme auf der Projektionswand synchron zur Deckung kommen. Dazu ist die genaue Justierung notwendig. Die Projektionswand besteht aus einer metallisierten Leinwand. Das Licht der beiden Beamer ist mit Hilfe von Polarisationsfolien senkrecht zueinander polarisiert. Die Betrachtung erfolgt mit beiden Augen jedoch durch eine Polarisationsbrille. Dabei sind auch die beiden Polarisatoren der Brille senkrecht zueinander orientiert. Die große Leistung von Korbinian Schmid ist die Realisierung der Videoprojektion von Stereofilmen mit Hilfe von umfangreicher selbständiger Programmierarbeit am Computer. Diese Arbeit geht weit über den Schulstoff hinaus und mit seiner Arbeit hat Korbinian Schmid gezeigt, dass er sich für ein modernes und anspruchvolles technisches Thema begeistern kann.

Martin Lawitzky (Städtisches Thomas-Mann-Gymnasium, München) hat die Physik und die praktische Bedeutung des Windkanals experimentell und theoretisch behandelt. Nach einer physikalisch grundlegenden Einführung in die Strömungsmechanik, die im Schulstoff nur am Rande behandelt werden kann und nach einer Beschreibung technisch realisierter Windkanäle beschreibt Martin Lawitzky den Eigenbau eines funktionsfähigen verkleinerten Modells des Windkanals B der Technischen Universität München. Dabei hat er besonderen Wert auf eine möglichst turbulenzarme Strömung in der offenen, also frei zugänglichen Messstrecke gelegt. Der Eigenbau gelang mit einfachen schulischen Mitteln und ist so leistungsfähig, dass Martin Lawitzky damit den Strömungswiderstand vieler Körper messen konnte, von geometrisch einfachen Profilen bis zu PKW-, Rennwagen- und LKW-Modellen. Auch diese Widerstandsmessungen wurden mit einer Kombination aus schulischen Mitteln und viel Eigeninitiative und vor allem mit physikalischen Sachsverstand durchgeführt, dokumentiert und theoretisch analysiert. Zum Schluss der Arbeit hat Martin Lawitzky die Strömung auch sichtbar gemacht, indem er mit einem raffinierten Aufbau der strömenden Luft Glycerindampf beigemischt hat. Insgesamt: eine runde, schülergerechte und physikalisch wertvolle Arbeit.

Michael Kieffer (Otto-von-Taube-Gymnasium, Gauting) hat den Bau einer Wärmepumpe behandelt. Dass die meiste "(Primär-)Energie zum Heizen verbraucht" wird, hat ihn offenbar zu seiner Arbeit motiviert, denn die Wärmepumpe liefert einen Beitrag zur Einsparung der Verbrennung fossiler Energieträger. Die theoretischen Grundlagen der Wärmepumpe sind zwar seit mehr als 100 Jahren bekannt, aber wegen der nicht sehr anschaulichen physikalischen Größen Wärme, Arbeit und Temperatur noch immer nicht einfach zu begreifen. Michael Kieffer hat sich zu Beginn intensiv mit Grundlagen der Wärmelehre auseinandergesetzt und hat sich damit ein Grundverständnis vom Carnotschen Kreisprozess und vom 2. Hauptsatz der Wärmelehre erarbeitet, also von zwei physikalischen Gesetzten, die für alle Prozesse des Lebens und der Technik, die etwas mit Wärme zu tun haben, grundlegend sind. Im experimentellen Teil seiner Arbeit behandelt Michael Kieffer die physikalischen Materialkonstanten der gebräuchlichen "Wärmepumpen - Arbeitsmittel", also der Kältemittel sowie den Bau, die Funktion und auch die Kosten der technischen Komponenten der Wärmepumpe. Der eigentliche Aufbau ist ein kleines handwerklich- didaktisches Meisterstück, denn alle wichtigen Komponenten sind offen sichtbar. Die Wärmepumpe funktioniert. Sie wurde ausführlich und quantitativ getestet. Die Verbesserungsmöglichkeiten zur Optimierung des Wirkungsgrads sind Michael Kieffer bekannt. Er wäre sicher in der Lage auch eine große Wärmepumpe und andere Wärmekraftmaschinen zu planen und zu bauen.

Bernhard Amann (Gymnasium Icking) hat ein Seismometer gebaut. Die Anregung dazu fand er im "Scientific American" des Jahres 1973, also in einer Ausgabe einer wissenschaftlichen Zeitschrift, die 10 Jahre älter ist als er selbst zu Beginn seiner Facharbeit war. Das Prinzip des Seismometers ist äußerst einfach: zwei isolierende Gefäße sind auf einer gemeinsamen Bodenplatte montiert und mit einem Rohr so verbunden, dass eine Flüssigkeit vom einem in das andere Gefäß fließen kann. Sie werden so hoch mit Quecksilber gefüllt, dass auch das Verbindungsrohr gefüllt ist. In Ruhe sind die Pegel in beiden Gefäßen gleich. Bei Neigung der Bodenplatte fließt Quecksilber vom höheren in das tiefere Gefäß. Ein Erdbeben kann eine solche, wenn auch kleine, Neigung der Bodenplatte hervorrufen. Im Prinzip sollte also ein Erdbeben dadurch nachgewiesen werden können, dass die Pegel in den beiden Gefäßen schwanken. Schier unglaublich, aber Bernhard Amann hat die Anleitung aus dem Scientific American so stark verbessert, dass das Seismometer tatsächlich und sogar empfindlich funktioniert. Dazu war der Bau einer raffinierten Elektronik notwendig, mit deren Hilfe die Kapazität von Kondensatoren empfindlich gemessen werden konnte. Ein solcher Kondensator ist in jedes der Gefäße eingebaut und besteht, wie jeder Kondensator, aus zwei Polen: einer Platte oberhalb des Quecksilber-Pegels und dem Pegel des von dieser Platte isolierten Quecksilbers. Bernhard Amann hat mit seinem Seismometer drei Tage nach dem Abgabetermin der Facharbeit, am 3. Februar 2002, ca. 15 Minuten lang ein Signal detektiert, das eindeutig einem Erdbeben in der Türkei zugeordnet werden konnte. Phantastisch!

Stefanie Rabe (Arnold Gymnasium Neustadt b. Coburg) hat die Entwicklungsgeschichte von Sternen und die Beobachtung eines Mira-Veränderlichen behandelt. Die Arbeit enthält eine ausführliche und sehr gut gegliederte und formulierte Einführung in die Entwicklung der Sterne. Besonderes Gewicht legt Stefanie Rabe dabei auf die Behandlung veränderlicher Sterne und dabei der Mirasterne, denn sie hat den Lichtwechsel des Mirasterns S Ursae Minoris (S UMi) im Sternbild des kleinen Bären untersucht. Dazu hat sie die Plattensammlung der Sternwarte Sonneberg, die weltweit zweitgrößte Plattensammlung von veränderlichen Sternen, auswerten dürfen. Stefanie Rabe hat für ihre Arbeit 1400 (!) Photoplatten aus dem Zeitraum von 1962 bis 1997 ausgewertet und dabei jeweils die Helligkeit von S UMi nach einem standardisierten Verfahren "geschätzt", das von dem Bonner Astronomen F. W. Argelander eingeführt wurde. Die Daten wurden dann nach einer Methode analysiert, die von dem englischen Astronomen N. R. Pogson vorgeschlagen wurde. Am Ende diskutiert Stefanie Rabe ihre Ergebnisse, die offenbar einen originären Beitrag zur Forschung an Mira-Veränderlichen geliefert haben, im Rahmen der Theorien zur Erklärung der Periodenänderungen. Eine äußerst sorgfältige Arbeit einer Schülerin, die sich nicht nur für die älteste und trotzdem zur Zeit sehr aktuelle Naturwissenschaft - die Astronomie - interessiert, sondern die ihre Arbeit auch sehr ansprechend dargestellt hat.

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Criteria of this press release:
Mathematics, Physics / astronomy
regional
Organisational matters, Personnel announcements
German

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