Die Teilnehmerinnen und Teilnehmer des Sächsischen Landeswettbewerbes Schüler experimentieren 2023 stehen fest. Hier erfahren Sie mehr über ihre Projekte.
Matthias Geltinger (12)
Biologie (Standnummer 16)
Optimale Keimung von Dattelkernen
Motivation / Ziel:
Ich wollte untersuchen, ob bzw. wie man die Keimung von Datteln beschleunigen kann und welche Rolle die Vorbehandlung mit Wasser und Kaliumnitrat spielt. Und natürlich macht es mir Spaß zu experimentieren und meine Ergebnisse mit anderen Menschen teilen.
Methode:
Ich habe die Datteln ohne Behandlung direkt auf Watte ausgesät oder einen Tag in Wasser bzw. in Kaliumnitrat- Lösung eingelegt und erst anschließend ausgesät. Dann habe ich die Keimungen für mehrere Wochen täglich kontrolliert und dokumentiert. Anschließend habe ich die Keimraten verglichen.
Ergebnisse und wissenschaftlicher Beitrag:
Ich habe herausgefunden, dass es wirklich vorteilhaft (schnellere und höhere Keimungsrate) ist, wen man die Dattelkerne in Wasser oder Kaliumnitrat Lösung einlegt. Das ist ein großer Vorteil für Hobby-Gärtner und professionelle Dattel Züchter.
Herausforderung und weitere Forschungsfragen:
Als die Dattelkerne ohne Vorbehandlung einen großen Schimmelpilzbefall, erlitten haben, dachte ich zuerst mein Experiment wäre ruiniert. Aber nach längerem Nachdenken kam ich zu dem Schluss, dass es bei den Kernen ohne Behandlung noch Rückstände von Zucker gegeben haben muss, der für optimale Bedingungen für das Wachstum von Schimmelpilzen gesorgt hat. Das hat mich auch auf die Idee gebracht, dass der Zucker vielleicht die Keimung ähnlich wie Zuckerhaltige Getränke (eine Schüler experimentieren Arbeit aus dem Internet) verhindern kann, indem der Zucker die Wasseraufnahme der Samen durch Osmose verhindert.
Arno Krautz (10)
Biologie (Standnummer 17)
Regenwürmer zum Selbstzüchten
Motivation / Ziel:
Ich gehe mit meinem Papa gern Angeln und dafür brauchen wir immer ein paar Regenwürmer. Deshalb habe ich versucht Regenwürmer zu züchten und geguckt, was sie am meisten fressen, was nicht so viel kostet. Ich habe das mit Pappe, Papier, Biomüll und Laub getestet.
Methode:
Ich habe mir acht gleiche Boxen und zehn Regenwürmer für jede Box besorgt, dann in jeweils zwei das gleiche Futter reingetan und dann mit Fotos überprüft, wo am meisten gefressen wurde. Außerdem habe ich, nachdem die erste Box leergefressen war, nochmal alle Regenwürmer gezählt.
Ergebnisse und wissenschaftlicher Beitrag:
Ich habe herausgefunden, dass Regenwürmer keine Kartoffelschalen mögen. Der restliche Biomüll wurde sehr viel gefressen. Genauso gern haben sie Papier gefressen und sich sehr vermehrt. Insgesamt habe ich z.B. in der einen Papier-Box 25 neue Regenwürmer und in einer Biomüll-Box 11.
Herausforderung und weitere Forschungsfragen:
Die Erde in den Boxen darf nicht trocken werden, sonst sterben die Regenwürmer. Es muss immer etwas Feuchtigkeit in der Erde sein, die man auch sieht. Ich musste auch einen neuen Versuch anfangen, weil ich zuerst zu wenig Würmer (2) in jeder Box hatte und die Boxen standen am Anfang zu kühl, sonst war alles gut.
Dass sie wirklich das Innere von Kartoffeln fressen, aber nicht die Schale, habe ich jetzt nach Abgabe der Arbeit schon herausgefunden. Ich teste immer wieder anderen Biomüll. Bis jetzt habe sonst nichts gefunden, was sie nicht fressen.
Gabriel Evtushenko (11) / Alexander Arendt (14)
Chemie (Standnummer 18)
So züchtet man Proteinkristalle
Motivation / Ziel:
Wir hatten großes Interesse, verschiedene Kristalle zu erforschen. Bei der Suche nach geeigneten Kristallzuchtverfahren haben wir die Proteinkristalle entdeckt. Wir haben uns besonders dafür interessiert, ob man Proteinkristalle auch Zuhause und im Schullabor züchten kann. Wir haben auch viel Wissen aus den Bereichen Medizin, Pharmazie und Biologie gesammelt. Das Ziel unserer Arbeit war, eine Anleitung für das Schullabor zu erstellen. Wir haben auch untersucht, ob die Proteinkristalle bei unterschiedlichen Temperaturen unterschiedlich wachsen und haben versucht, Qualität und Quantität zu bewerten.
Methode:
Wir haben die Dampfdiffusionsmethode als Hanging-Drop-Variante und als Sitting-Drop-Variante verwendet. Und wir haben auch eine Kristallisationsplatte bei einer niedrigeren Temperatur gemacht.
Ergebnisse und wissenschaftlicher Beitrag:
Man kann die Proteinkristallisation auch Zuhause oder in der Schule durchführen, wenn man das nötige Material zur Verfügung hat. Bei niedrigeren Temperaturen sind bei uns mehr Kristalle entstanden. Bei einem höheren pH-Wert entstehen meistens weniger Kristalle als bei einem niedrigeren.
Herausforderung und weitere Forschungsfragen:
Es war schwer, die Materialien zu besorgen. Es war ebenso aufwändig, den pH-Wert der Natriumacetatlösung zu senken. Auch das Mikroskopieren war aufwändig, weil wir keine Mikroskopkamera hatten und man ständig die Probetropfen wechseln oder verschieben musste. Es war auch schwierig, weil es sehr viele Probetropfen gab und es nicht einfach ist, sie alle allein bei verschieden Vergrößerungen zu Mikroskopieren und Fotos hoher Qualität zu erstellen. Eine weitere Forschungsfrage für das Projekt ist die Bestimmung der Kristallgröße.
Mara Hunger (11)
Mathematik/Informatik (Standnummer 19)
Kippwege eines Würfels
Motivation / Ziel:
Ich habe erforscht, wie die Kippwege eines Würfels über eine davor festgelegte Fläche aus Quadraten verlaufen und wo sie enden können. Außerdem habe ich noch erforscht, wie Kippwege entstehen, wenn ich aus den Grundfeldern (kleinen Feldern) beliebig große Felder bilde. Meine Motivation, war mit dem Würfel Ziele durch Probieren zu erkennen, diese Ergebnisse zu erforschen und Verallgemeinerungen zu finden. Meine Ziel/Forschungsfrage lautet „Wo kann ein Kippweg enden und wie kann ich bei großen Flächen die Kippwege ohne Probieren finden?“
Methode:
Ich habe mir am Anfang kleine Flächen aus Quadraten mit höchsten 3 Zeilen und 3 Spalten gezeichnet und mit einem Würfel Kippwege probiert, mit Start auf dem Feld links oben. Danach benutzte ich ein Schachbrett zum Probieren. Ich habe mir die gefundenen Kippwege für das Schachbrett systematisch aufgeschrieben. So untersuchte ich, ob es Kippwege gibt, in denen teilweise bekannte Kippwege vorkommen. Mit der Färbung des Schachbretts gelang es mir nachzuweisen, dass es Quadrate gibt, in denen keine Kippwege enden.
Ergebnisse und wissenschaftlicher Beitrag:
Ich habe herausgefunden: Ist das Startfeld schwarz, enden alle möglichen Kippwege immer auf einem weißen Feld, außer bei ungerader Feldanzahl. Wenn man die möglichen Kippwege auf den Flächen 2×2, 2×3, 3×2 und 3×3 kennt, kann man diese Felder so ergänzen, dass sich die bekannten Kippwege immer wiederholen lassen. Somit ist auch die Beschränkung auf das Schachbrett nicht mehr erforderlich. Als wissenschaftlicher Beitrag gelang mir eine Verallgemeinerung von kleinen auf große Kippflächen und die Anwendung der Felderfärbung zur Bewertung der Endfelder.
Herausforderung und weitere Forschungsfragen:
Die Herausforderung beim Projekt war, eine geeignete Systematik für die Kippwege zu finden. Nachdem ich auf die Idee mit der Ergänzung von Grundfeldern kam, konnte ich die Ergebnisse ohne weitere Schwierigkeiten zusammentragen. Mit der angewandten Methode sind die Kippwege je nach Ergänzung der Grundfelder bereits vorgeschrieben. Eine weitere Forschungsfrage wäre deshalb „Wie viele verschiedene Kippwege gibt es in Abhängigkeit der Feldgröße überhaupt? Welche Zahl liegt auf dem Endfeld oben, wenn man auf dem Startfeld eine 6 oben liegen hat?“
Julius Kästner (14) / Edgar Schäfer (14) / Frieda Janosch (13)
Mathematik/Informatik (Standnummer 20)
Gibt es einen unregelmäßigen, aber fairen Würfel?
Motivation / Ziel:
Ein YouTube Video hat uns auf ein ungelöstes Problem der Mathematik aufmerksam gemacht. Es ist für Mathematiker noch nicht möglich, die Wahrscheinlichkeiten für unregelmäßig geformte Würfel zu berechnen. Ziel unseres Projektes war es, einen Würfel zu finden, der verschiedene, unregelmäßige Seitenflächen hat, aber dennoch fair ist.
Methode:
Bei unseren Untersuchungen haben wir uns auf zwei verschiedene Methoden konzentriert. Als erstes haben wir Würfel mit unterschiedlichen Formen in einer 3D Physiksimulation gewürfelt. Die Formen, welche nahe der Fairness sind, haben wir im 3D Druck erzeugt und mit Hilfe von Zufallsversuchen den fairen Würfel bestimmt.
Ergebnisse und wissenschaftlicher Beitrag:
Wir haben einen 14-seitigen fairen Würfel gefunden, dessen Seiten aus acht sechseckigen und sechs quadratischen Flächen besteht. So einen Würfel gab es bisher noch nicht.
Herausforderung und weitere Forschungsfragen:
Mit unserer Methode können wir beliebige faire Würfel erzeugen. Ein interessantes Beispiel wäre eine 3-seitige Münze, welche mit gleicher Wahrscheinlichkeit auf jede Seite fällt, aber auch auf dem Rand zum Liegen kommen kann.
Es bleibt immer noch zu klären, ob es eine Möglichkeit gibt, die Wahrscheinlichkeiten direkt zu Berechnen oder ob es am Ende nur mit Hilfe von Simulationen möglich ist.
Eneko Reichert Vicario (14)
Technik (Standnummer 21)
3D-Manipulation mit akustischer Levitation
Motivation / Ziel:
Es ist bekannt, dass man mit Hilfe von Ultraschallwellen kleine, leichte Gegenstände zum Schweben bringen kann. Der Trick besteht darin, Schallwellen so zu überlagern, dass sich Knotenpunkte bilden, aus denen die millimetergroßen Objekte nur schwer entkommen können. Meine zentrale Forschungsfrage war: Wie muss ein akustischer Levitator mit 3D- Positioniereigenschaften gestaltet werden?
Weitere Fragen waren: Welche Bedingungen wie Schalldruck, Schallfrequenz und Art der Erzeugung des Schalls sind optimal um das Projekt zu realisieren? Welche Hard- und Software sind nötig?
Methode:
Ich habe mich mit der Theorie der akustischen Levitation beschäftigt und versucht zu verstehen, wie bezogen auf das Projekt alles funktionieren soll. Dann entwickelte ich meinen eigenen akustischen 3D-Levitator. Die Arbeitsschritte waren:
• Entwurf des Gesamtsystems und der elektronischen Komponenten (Ultraschall-Lautsprecher, Leistungsverstärker)
• Entwurf der Leiterplatten-Layouts mithilfe der Software KiCad
• Herstellung aller Leiterplatten (ätzen, bohren)
• Bestückung der Leiterplatten
• Installation und Konfiguration der Software
• mechanischer Aufbau
• Verdrahtung
• Durchführung von Tests
Ergebnisse und wissenschaftlicher Beitrag:
Mit dem 3D-Levitator ist es möglich, kleine und leichte Objekte (Dmax=3mm, ρ=0,2g/cm3) in einem Raum von 80x80x100mm in X-Y-Z-Richtung bewegen zu lassen. Mit Hilfe des Simulationsprogramms kann vorher eine Bahn festgelegt werden, auf welcher das Objekt entlang schweben soll. Das Levitationssystem besteht aus einem Raspberry-Pi 4, auf welchem die Echtzeit-Simulation ausgeführt wird, seriell gekoppelt an einen Arduino Mega 2560, der die Schallmuster an jeweils 64 Leistungsverstärker und die angeschlossenen Ultraschalllautsprecher ausgibt.
Herausforderung und weitere Forschungsfragen:
Die Größe des Objektes, das schweben soll, ist abhängig von der Wellenlänge der Ultraschall- Lautsprecher. Die Frequenz der Lautsprecher beträgt 40 kHz. Die Wellenlänge ergibt sich aus λ=c/f, wobei c die Schallgeschwindigkeit und f die Frequenz sind. Der Objektdurchmesser sollte optimalerweise nicht größer sein als λ/2, d.h. 4,3mm. Durch Erzeugung einer rotierenden Wirbelfalle kann die Objektgröße zwar größer als λ/2 sein, allerdings ist die sichere Levitation stark von der geometrischen Form des Objektes abhängig und nicht immer sicher durchführbar.