Jugend forscht 2021 - zum ersten Mal virtuell!
Unter dem Motto "Lass Zukunft da." startet Jugend forscht in die neue Runde. Der Regionalwettbewerb fand am 25. und 26. Februar 2021 virtuell statt, und wurde mittels der Video-Plattform Alfaview durchgeführt. Am 26.2.2021 von 11.00 bis 14:00 Uhr war Gelegenheit, die Arbeiten der Wettbewerbsteilnehmer/innen virtuell zu beschauen und mit den Jungforscher/innen ins Gespräch zu kommen, über die Seite: https://www.nagold.de/Jugend-forscht. Mit 24 Projekten sind die Jungforscherinnen und Jungforscher des JFZ sehr stark am Wettbewerb vertreten. Am 26. Februar um 18.00 Uhr wurde die Feierstunde und Preisverleihung als Livestream aus dem Nagolder Teufelwerk gesendet. Besuchen Sie dazu die Seite: https://www.nagold.de/Jugend-forscht.

Arbeitswelt
Um Antworten auf unsere Fragen zu bekommen, haben wir mit E. coli- Bakterien gearbeitet, Kunstnebel verwendet und Gipsabdrücke von unterschiedlich großen Gesichtern erstellt, um die Passform zu testen. Mit einem LEGO-Roboter und einem mBot haben wir untersucht, wie gut Schall durch verschiedene Masken geht.
Unser Tipp: Eine Stoffmaske aus French Terry außen und antimikrobiellen Stoff auf der Innenseite kann Tröpfchen gut zurückhalten und macht die Sprache nicht zu leise. Außerdem kann man sie so nähen, dass sie gut zum Gesicht passt. Zwischen dem Tragen sollte man sie waschen oder trocknen lassen."
In einem Zeitraum von sieben Tagen notierten wir täglich die Veränderungen, die wir an den Verpackungen und den Lebensmitteln sehen konnten.
Anhand der Ergebnisse können wir sagen, dass die Frischhaltefolie am besten für die Aufbewahrung der von uns getesteten Lebensmittel geeignet ist. Der Unterschied zu den umweltfreundlichen Verpackungen ist aber in den meisten Fällen so gering, dass diese dennoch eine sehr gute Alternative zu Einwegverpackungen sind.
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Um eine Aussage darüber treffen zu können müssen wir zuerst herausfinden wie viel Strom wir verbrauchen und durch das Sonnenlicht mit Solarpanelen erzeugen können.
Auf der Verbraucherseite müssen wir unseren Strombedarf ermitteln, indem wir die elektrischen Verbraucher im Haushalt finden und deren Verbrauch berechnen. Um unsere Berechnungen zu überprüfen führen wir an ausgewählten Verbrauchern Messungen mit einem Stromverbrauchszähler durch und lesen den Gesamtverbrauch des Haushalts am Gesamtstromverbrauchszähler ab.
Von Seiten der Erzeuger untersuchen wir Solarzellen und deren Ausrichtung zur Sonne. Dazu führen wir Messungen bei zwei Solarzellentypen auf ihre Effektivität in Abhängigkeit von Sonneneinstrahlungswinkel und Lichtstärke durch."
Biologie
Wir haben Himbeermarmelade gekocht. Zum einen mit fertig abgepacktem Gelierzucker zum Beispiel Gelierzucker 2:1 oder Gelierzucker 3:1 zum anderen mit Zucker und Pektin als Geliermittel in eigener Mischung, um das perfekte Verhältnis von Frucht, Zucker und Geliermittel zu ermitteln.
Dazu haben wir mit den verschiedenen Himbeermarmeladen eine Gelierprobe am 16° schrägen Küchenbrett vorgenommen und die Textur mit einer Kegel-Fall-Konstruktion gemessen.
Final gab es eine Verkostung der Himbeermarmeladen mit Fragebögen, die ausgewertet wurden. Wir konnten herausfinden, welche Marmelade in unseren Familien den meisten Zuspruch hat und unseren Freunden mitteilen, welche Mischung bei Ihnen am besten angekommen ist. "
Dafür habe ich E.-coli-Bakterien auf Nährböden gezüchtet und diese mithilfe von CRISPR/Cas gentechnisch so verändert, dass die veränderten Bakterien durch Blau-Weiß-Selektion sichtbar gemacht wurden.
Diese gentechnische Veränderung habe ich danach auch noch mithilfe des selbstgebauten Thermocyclers auf molekularer Ebene nachgewiesen.
Ergebnis des Projekts ist, dass der Thermocycler auch in diesem Fall hervorragend funktioniert hat und dass mit CRISPR/Cas gentechnische Veränderungen sehr leicht bei niedrigen Kosten vorgenommen werden können, weshalb es auch so revolutionär ist."
Chemie
Wir wollten untersuchen, welche Stoffe in den Handwärmern enthalten sind. Dafür recherchierten wir im Internet und unternahmen Versuche mit den gekauften Handwärmern, um herauszufinden: Wie lange bleiben die Handwärmer warm und wie warm werden sie? Welche chemische Reaktion findet statt, sodass der flüssige Zustand der Handwärmer in den festen übergeht bzw. andersrum? Bei welcher Temperatur findet der Wechsel dieses Zustandes statt? Welche Funktion hat das Metallplättchen, welches sich in Handwärmern befindet?
Wir sammelten verschiedene Formen und Größen und verglichen sie bzgl. ihrer höchsten Wärme und ihrer Wärmeerhaltung.
Am Schluss stellten wir eigene Handwärmer her, die verschiedene Verhältnisse der Stoffe hatten und verglichen sie mit den gekauften."
WIr bedienten uns dabei folgender Methoden: Teststreifen (JBL), Colorimetrischer Verfahren (JBL Analysekoffer sowie M&N Visocolor), tirimetrischer Verfahren (bei Gesamthärte und Karbonathärte)
sowie photometrischer Verfahren (Aquaquant von Söll und M&N LP12 plus). Wir werden die Werte
für folgende PArameter erheben: Leitfähigkeit, Temperatur, pH, GH, KH, Calcium, Nitrit, Nitrat , Ammonium sowie o-Phosphat. Die Werte werden wir in Form von DIagrammen ausgeben und die Methoden gegeneinander vergleichen."
Geo- und Raumwissenschaften
Wir wissen nicht, vielleicht ist es ja bekannt:
Kleinere Gartenteiche sind oft schmutzig, verschlammt und veralgt.
Fische z.B. können so nicht überleben.
Um das zu verhindern gibt es Anlagen für große Teiche und Seen.
Die Firma, die diese Anlagen produziert heißt EKS/Aquamotec. Sie war unser Vorbild.
Wir wollen die Anlage für kleine Gartenteiche nachbauen.
Das Ziel des Projektes ist es eine Apparatur zu bauen, um durch eine Wasserzirkulation den Teich mit Sauerstoff anzureichern und damit sauberer zu halten.
Dadurch sollen im Teich weniger oder sogar keine Algen und Schlamm vorhanden sein.
Wir konnten durch den Einsatz unserer Apparatur herausfinden, dass es möglich ist den Sauerstoffgehalt eines Teiches zu erhöhen und das Wasser sichtbar sauberer erscheint."
Mathematik/Informatik
Weil es aber viel spannender ist, direkt gegen das Ghostcar zu fahren, haben wir die Strecke verändert und statt Kreuzungen eine Brücke eingebaut.
Unser Ziel für dieses Jahr ist es, wieder ein unschlagbares Auto zu programmieren. Zum Steuern des Autos benutzen wir einen Funduino Mega. Dieser bestimmt die Position des Autos mit Lichtschranken, die an 3D-gedruckten Halterungen über der Bahn angebracht sind. Er regelt die Geschwindigkeit über einen Servo-Motor, der den Hebel der Fernbedienung bedient.
Mit einem zweiten Mikrocontroller steuern wir eine Startampel und den Start des Ghostcars. Wir zählen auch seine Runden und zeigen sie auf einem LC-Display an."
Dabei habe ich die Sensoren in meinem Smartphone genutzt, um die Werte der Sensoren bei mehrfachem Springen aufzuzeichnen. Das Smartphone war dazu an meinem Fuß und an meinem Rücken auf Gürtelhöhe befestigt.
In der Programmiersprache Python habe ich ein Programm geschrieben, welches die gesuchten Werte auf unterschiedliche Weise anhand der Sensordaten automatisch bestimmt. Die Korrektheit der verschiedenen Methoden habe ich mit Werten aus einem Referenzvideo überprüft.
Es hat sich gezeigt, dass die Sensoren am Fuß zu besseren Ergebnissen führen als die Sensoren am Rücken. Beide Fußsensoren können die Sprunghöhen auf weniger als 5 cm genau bestimmen.
Das langfristige Ziel ist, mithilfe dieser Daten Hinweise zu erhalten, ob Personen eine neurologische Krankheit haben, beziehungsweise wie diese Krankheit verläuft."
Hierfür nutzen wir 3 Arduinos. Zwei der Arduinos fungieren als Kommunikator (Alice und Bob) und mit einem dritten wird versucht, die Kommunikation mitzuhören (Eve). Wenn wir es geschafft haben, dass wir trotz einer einfachen Verschlüsselung die Arduinos per Kabel kommunizieren zu lassen, versuchen wir die selbe Methode kabellos und steigern uns zu schwereren Verschlüsselungen.
Am Schluss soll man also über 2 Arduinos miteinander kommunizieren können und das mit möglichst komplexer und sicherer Verschlüsselung."
Physik
Aus diesem Grund haben wir das Erwärmen von Lebensmitteln in der Mikrowelle genau erforscht. Unser Ziel war es, herauszufinden wie man Lebensmittel in der Mikrowelle möglichst gleichmäßig erwärmt. Wo müssen die Lebensmittel in der Mikrowelle platziert werden, um die höchste Temperatur zu erreichen? Wie ist die Wärmeverteilung in den Lebensmitteln nach dem Erhitzen in der Mikrowelle? Ist es besser die Lebensmittel in einem Gefäß zu erhitzen? Welche Rolle spielt der Drehteller?
Um herauszufinden, wie sich die Hitzeverteilung in der Mikrowelle verhält, haben wir mit Thermopapier und einer Wärmebildkamera die Erwärmung in der Mikrowelle genau unter die Lupe genommen.
In weiteren Versuchen haben wir Kartoffeln in der Mikrowelle erwärmt und untersucht.
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Die Punkte Geschwindigkeit und Kurvigkeit der Strecke lassen sich indirekt über die Messung der Beschleunigung erfassen, die der Körper beim Busfahren erfährt. So wollten wir herausfinden, an welcher Position im Bus die Beschleunigung geringer ist und Reiseübelkeit deshalb weniger stark auftritt.
Die Messungen wurden mithilfe der App phyphox® (=physical phone experiments) durchgeführt; die graphische Auswertung erfolgte über Excel.
Anhand unserer Ergebnisse empfehlen wir, sich im Bus vorne links hinzusetzen. Allerdings konnten wir feststellen, dass auch Fahrstil, Verkehrssituation, Fahrzeug und Straßenoberfläche Einfluss haben auf die Beschleunigung, die der Körper während der Fahrt erfährt. "
Wir haben dazu eine Versuchsbox gebaut, an der man unterschiedlich folierte Scheiben austauschen kann. Unsere erste Messung haben wir mit einer handelsüblichen Scheibe durchgeführt und dabei die Temperatur im Inneren der Box gemessen. Dafür bestrahlten wir unsere Box mit einem Baustrahler oder einer Wärmelampe. Unser LabQuest Gerät zeichnete die Messwerte auf. Diese Wertetabelle wandelten wir dann mit Excel in Liniendiagramme um und interpretierten die Werte.
Wir führten unsere Versuchsreihe fort, indem wir unsere Box in unterschiedlich erwärmten Räumen aufstellten, um herauszufinden, ob die Folien sich z.B. bei 10 °C anders verhalten als bei 30°C.
Wir haben unser Ziel erreicht und festgestellt, dass folierte Scheiben tatsächlich weniger Wärme in unsere Box gelassen haben als unfolierte"
Wir haben dazu eine Versuchsbox gebaut, an der man unterschiedlich folierte Scheiben austauschen kann. Unsere erste Messung haben wir mit einer handelsüblichen Scheibe durchgeführt und dabei die Temperatur im Inneren der Box gemessen. Dafür bestrahlten wir unsere Box mit einem Baustrahler oder einer Wärmelampe. Unser LabQuest Gerät zeichnete die Messwerte auf. Diese Wertetabelle wandelten wir dann mit Excel in Liniendiagramme um und interpretierten die Werte.
Wir führten unsere Versuchsreihe fort, indem wir unsere Box in unterschiedlich erwärmten Räumen aufstellten, um herauszufinden, ob die Folien sich z.B. bei 10 °C anders verhalten als bei 30°C.
Wir haben unser Ziel erreicht und festgestellt, dass folierte Scheiben tatsächlich weniger Wärme in unsere Box gelassen haben als unfolierte"
Technik
Dieses Jahr haben wir bei der Planungsgruppe Schnepf auf dem Wolfsberg drei Modelle davon gebaut. Sie sind zwei Meter hoch und haben zehn Blätter. Auf den Blättern sind je drei Solarmodule (1 V, 200 mA) parallel geschaltet, die zehn Blätter sind in Reihe geschaltet. Seit August laufen unsere Langzeitversuche zu Stromstärke und Spannung an den Bäumen. Arduinos übertragen alle fünf Minuten Messwerte ins Internet. Damit untersuchen wir, wie wir den Stromertrag maximieren können.
Ob es sich lohnt, die Bäume durch Drehen der Sonne nachzuführen, wissen wir noch nicht. Das Wetter erschwert den Versuch gerade.
Wir haben schon herausgefunden, dass es sich lohnt, Schutzdioden einzubauen. Damit produziert der Baum auch bei Teilabschattung einzelner Blätter weiterhin Strom."
Daher überlegte ich mir, was man bauen könnte, um das Ganze zu vereinfachen. Es sollte einfach herzustellen und einfach zu benutzen sein und ohne Steckdose funktionieren, da es in unserem Klassenzimmer davon nur sehr wenige gibt.
So kam ich auf die Idee, dass wir ein Gerät brauchen, das uns anzeigt, wann wir lüften sollen und wann wir das Fenster wieder schließen können.
Mein Gerät wird direkt an ein Fenster angebracht. Es leuchtet rot, wenn die Zeit ohne zu lüften überschritten wurde. Es leuchten die grüne und die rote LEDs, wenn gelüftet wird. Sobald man lange genug gelüftet hat, geht die rote LED aus und nur noch die grüne leuchtet. Jetzt kann man das Fenster wieder schließen.
Das Ganze wird mit Hilfe eines Arduinos programmiert und als Schalte"
Dabei wollten wir aber auch den Bereinigungsprozess wissenschaftlich dokumentieren und anhand verschiedener Parameter und Kriterien die Leistungsfähigkeit des ""Data Executioner"" kritisch hinterfragen.
Dafür haben wir ein Gerät gebaut, das mithilfe von elektromagnetischen Wellen die Daten auf einem USB-Stick so zerstört, dass diese nicht wiederherstellbar sind. Dabei kann der ""Data Executioner"" mithilfe einer benutzerfreundlichen Touch-Oberfläche bedient werden - so können wir also Daten schnell, effizient und sicher bereinigen."