StR Lars Erik Buchholz

Fachgebiete: Mathematik und Physik

Projekte

Verhalten geometrischer Strukturen bei simulierten Erdbebenwellen
Maximilian Schaffner, Annalina Winkler
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 dieser Arbeit untersuchen Maximilian Schaffner (18) und Annalina Winkler (17) von der Gewerblichen Schule Horb, verschiedene geometrische Strukturen auf ihre Erdbebensicherheit. Dazu simulieren die Jungforscher mithilfe einer selbstgebauten Schwingplatte, welche sich horizontal und vertikal bewegt, verschiedene Wellen und haben das Schwingungsverhalten verschiedener Strukturen, die auf der Schwingplatte eingespannt werden, gemessen.
Analyse der Chladnischen Klangfiguren
Jessica Kreidler, 17 Jahre; Fadel Alkahwaji, 20 Jahre; Muhammad Fadi Najib, 21 Jahre; Gewerbliche und Hauswirtschaftliche Schule Horb a. N
"1787 machte der Physiker Ernst Chladni Beobachtungen zu den nach ihm benannten Chladnischen Klangfiguren.
Als Schüler eines beruflichen Gymnasiums mit Profilfach Gestaltungstechnik faszinierte Jessica, Fadel und Muhammad die Symmetrie dieser Figuren. Symmetrie begegnet uns oft in der Kunst und häufig lassen sich die Erschaffer von der Natur inspirieren. Hier allerdings erschafft die Natur selbst die Kunst. Die Fragen der Jungforscher sind:
Welches Prinzip steckt dahinter?
Welchen Weg nimmt ein Sandkorn bis es letztlich zur Ruhe kommt? Sie betrachten dazu einzelne Sandkörner und danach mehrfarbigen Sand um die Wanderung aller Sandkörner darstellen zu können.
Oder: Wie lassen sich die Chladnischen Figuren erweitern? Sie wählten dazu verschiedene Platten aus und variieren in Fläche, Stärke und Form. Die experimentellen Ergebnisse verglichen sie mit einer Simulation (Finite-Elemente-Methode), welches ihner einer unserer Betreuer zur Verfügung stellt.
"
Visualisierung von stehenden Wellen auf schwingenden Platten
Marie Alexandra Keck, Vanessa Renz
Wenn sich auf einer begrenzten Oberfläche stehende Wellen ausbilden, entstehen Muster von Knotenlinien. Diese kann man z.B. mit Sand sichtbar machen. Können Platten an den Enden frei schwingen, entstehen sogenannte Chladnische Klangfiguren benannt nach dem Physiker E.F.F. Chladni (1787). Da sich jedoch die Wellen nicht sinusförmig auf der Platte ausbreiten, lassen sich nur schwer mathematische Lösungen zur Berechnung der Knotenlinien finden.
Marie Alexandra Keck, 16 und Vanessa Renz, 17, von der Gewerblichen und Hauswirtschaftlichen Schule in Horb haben sich mit der Sichtbarmachung von den zumeist symmetrischen Mustern, die sich auf der Platte ausbilden beschäftigt. Neben den herkömmlichen Granulaten wie Sand und Zucker, verwenden die Schülerinnen unter anderem Fluide, womit sie die Wellenausbreitung optisch analysieren können.
Analyse von möglichen Beeinflussungsfaktoren des Kaye-Effekts
Florian Hofmann,18, Shannon Jvonne Kaiser,18, Jona Rebmann, 16
Warum springt Shampoo? Trift ein Shampoostrahl auf eine Oberfläche, so kann es unter bestimmten Bedingungen zu einer Sprung-Schleife des Shampoos kommen. Dieses Phänomen wurde vom britischen Ingenieur Alan Kaye im Jahre 1963 zum ersten Mal beschrieben. Seither ist es als Kaye-Effekt bekannt. Erst 2006 gelang es niederländischen Physikern diesen Effekt mit Hilfe von einem einfachen Modell zu deuten. Dieses Modell basiert auf der Eigenschaft der Strukturviskosität des verwendeten Fluids. Trotzdem gibt es noch viele Fragen, die immer noch ungeklärt sind. Aufgrund der ersten Versuche vermuten Florian Hofmann, Shannon Jvonne Kaiser und Jona Rebmann , von der Gewerblichen und Hauswirtschaftlichen Schule in Horb, dass Luft Einfluss auf den Kaye-Effekt hat. Mit dieser und weiteren Bedingungen beschäftigen sich die Jugendlichen in ihrem Projekt.
Magnetischer Fahrstuhl
Matthias Klaas (17), Raphael Bühner (18), Dominik Maier (17)
Lars-Eric Buchholz
Fahrstühle, die mit Drahtseilen betrieben sind, sind in ihrer Höhe begrenzt, da mit steigender Höhe die Masse des Seiles zunimmt und das Seil irgendwann aufgrund des Eigengewichtes reißt. Der erste Fahrstuhl wurde 1853 gebaut und hatte den Zweck längere Strecken bequem zu überwinden. Der Bau von immer höheren Gebäuden und die wachsende Weltbevölkerungszahl bei gleichgebliebenem Platz in Städten, motiviert ebenfalls zum Bau von Fahrstühlen, die eine enorme Höhe zurücklegen können.
Aus den eben genannten Gründen wird schnell klar, dass das bisherige Fahrstuhlkonzept nicht zukunftsweisend ist. Man benötigt ein neues Konzept, wie zum Beispiel ein seilfreier Fahrstuhl. In dieser Arbeit wollen die Jungforscher aus der Gewerblichen Schule in Horb ein seilfreies Fahrstuhl- Konzept entwickeln, welches auf den abstoßenden magnetischen Kräften von Aluminium als paramagnetisches Material in einem inhomogenen Magnetfeld basiert.

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