Die Natur steckt voller Rätsel
Gegenwindfahrzeuge, glühende Gurken und der richtige Klang einer Glocke: Rekordbeteiligung und breite Vielfalt beim Wettbewerb "Jugend forscht"
Von Matthias Fuchs, Lisa Schubert und Franz Schmider
| Dem Wohlklang einer Glocke auf der Spur: Felix
Fehse, Mirko Hahn und Johannes Lang (von links)
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In dem Karton steckte einst ein Computer, dem aufgedruckten Schriftzug zufolge Standardware. Jetzt dient die Verpackung einem Unikat: dem Modell eines noch namenlosen Windfahrzeugs Marke Eigenbau. Der Behälter soll den Prototyp beim Transport schützen, auch wenn er nicht ganz passt und ein Metallstift zehn Zentimeter über den Deckel hinausragt.
Aber es kommt ja auch nicht auf die Verpackung an, wichtig ist, was drinsteckt: Ein Fahrzeug, das allein vom Wind angetrieben wird und selbst direkt gegen den Wind fährt. Das sogar vom Fahrtwind zusätzlich beschleunigt wird. Das klingt nach Perpetuum mobile, als wolle hier jemand die Gesetze der Physik auf den Kopf stellen. Doch Olaf Merkert (18), Manuel Fischer (19) und Manuel Sitter (18) haben das Gefährt zum Transport von Gütern und Personen entwickelt. Und im Windkanal seine Tauglichkeit nachgewiesen. Man muss sich nur auskennen mit Kugellagern, Schnecken und Ketten, mit Luftwiderstand, Reibung und Drehmoment. Und vor allem: dem Savonius-Rotor.
Heute können sich die Besucher des Regionalwettbewerbs von "Jugend forscht" in der Messehalle in Freiburg davon überzeugen, dass es funktioniert.
"Der Rotor ist in den 30er-Jahren von einem Schiffsoffizier entwickelt worden", sagt Manuel Fischer, während er spielerisch die ausgebaute Antriebskette an seinem Finger auf- und abwickelt. "Aber das Fahrzeug haben wir komplett selbst entwickelt und gebaut. Und darauf sind wir stolz." Bernd Kretschmer, Physiklehrer am Lörracher Hans-Thoma-Gymnasium, steht daneben, nickt zustimmend und sichtlich zufrieden. Der Rotor hat keine Flügel, sondern vier halbkreisförmige Schaufeln auf zwei Ebenen, eingeklemmt zwischen zwei Platten. In der Draufsicht bilden je zwei Schaufeln ein großes S, in der zweiten Etage sind sie um 90 Grad versetzt. Egal woher nun der Wind weht, er drückt immer stärker in die geöffnete Seite der Schaufel als auf die runde Rückseite. Zum Rotor wird die Konstruktion durch eine vertikale Achse, um die sich die zweistöckige Konstruktion
dreht.
| Gegen den Wind: rotorbetriebenes Fahrzeug und ihre Erbauer Manuel Fischer, Olaf Merkert und Manuel Sitter (von links). |
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Das Ganze auf eine Sperrholzplatte mit vier Rädern gesetzt, am Unterboden eine Schnecke, die die Drehbewegung umlenkt, ein Zahnrad und eine Kette, die die Hinterachse antreibt, fertig ist das Windfahrzeug. "Den Prototyp haben wir aus Lego-Technik gebaut", sagt Olaf Merkert. Und das Vehikel fährt, sobald im Windkanal der Luftzug eingeschaltet ist. "Ein großer Vorteil ist, dass das Fahrzeug stabiler steht, als wenn sich der Rotor wie bei einem Windrad vertikal um eine horizontale Achse dreht", sagt Manuel Fischer und deutet mit seinen Armen kreisende Bewegungen an.
"Hol' doch mal deine Berechnungen", fordert Kretschmer, der das ungläubige Staunen in den Augen des Besuchers erkannt hat. Minuten später liegen 15 Blatt Papier auf dem Tisch, bedruckt mit Formeln und Skizzen, aus denen hervorgeht, dass das Fahrzeug bei fünf Metern pro Sekunde Windstärke die Haftreibung überwindet und ab sieben Metern pro Sekunde fährt. Wie schnell und welche Last es dabei transportiert ist eine Frage der gewählten Übersetzung.
107 Arbeiten haben Schüler und Lehrlinge aus Südbaden im vergangenen Herbst beim Wettbewerb "Jugend forscht" und dem Juniorwettbewerb "Schüler experimentieren" angemeldet, 77 Projekte wurden letztlich eingereicht. Seit zehn Jahren hat sich die Teilnehmerzahl an der naturwissenschaftlichen Ideenbörse mehr als verdreifacht, allein im Vergleich zum Vorjahr liegt der Zuwachs bei 40 Prozent. "Wir haben eine enorme Nachfrage", sagt Benita Eberhardt, die den Wettbewerb in Südbaden seit zwei Jahren koordiniert. Am deutlichsten ist das Wachstum im Fach Chemie, das zum ersten Mal die Biologie vom Spitzenplatz verdrängt hat.
Das wachsende Interesse widerspricht der These vom sinkenden Stellenwert der Naturwissenschaften an den Schulen. Für Eberhardt ist es auch ein erstes Ergebnis des neuen Unterrichtsfaches Naturphänomene in den Klassen 5 und 6. Inzwischen entfallen 60 Prozent der Anmeldungen auf den Wettbewerb "Schüler experimentieren".
"Wenn erst einmal eine Gruppe dabei war, weckt das auch das Interesse bei anderen Schülern", sagt Mario Mosbacher, Physiklehrer am Fürstenberg-Gymnasium in Donaueschingen. An Schulen, die die Teilnahme am Wettbewerb pflegen, wachse ein "Teamgeist, der andere anspornt", hat Mosbacher beobachtet. Seit drei Jahren ist Mosbacher dabei, sein erster Schüler hat im Herbst ein Physikstudium aufgenommen.
Das Themenspektrum der Arbeiten ist enorm breit. So hat eine Zwölfjährige die Hautverträglichkeit von Seifen untersucht, zwei 13-Jährige haben eine Vokabelmaschine gebaut, eine Gruppe hat die Bestandteile von Schokolade quantitativ bestimmt, eine andere die Wassertransportkapazität von verschiedenen Hölzern ermittelt. Der jüngste Teilnehmer ist ein neunjähriger Grundschüler, der älteste ein 20-jähriger Abiturient. Mit dabei ist auch eine Gruppe von Berufsschülern aus Waldkirch und Auszubildenden der Firma Sick, die auch Patentunternehmen und wichtiger Förderer des Wettbewerbs ist.
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Gerwin Weyer
und Florian Krausbeck (rechts)
und ihr glühende Gurke.
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Gerwin Weyer und Florian Krausbeck, beide 18 und Schüler
Mosbachers am Fürstenberg-Gymnasium, sind auf die Gurke gekommen. Eine triefende Gewürzgurke haben sie in eine Halterung gespannt. An beiden Enden schließen sie Stromkabel an. Die Gurke beginnt zu qualmen, es stinkt. Plötzlich beginnt ein Teil orange zu leuchten wie eine Glühbirne. Der Schein der glühenden Gurke gibt den Gesichtern der Schüler hinter den Schutzbrillen etwas Diabolisches. Warum leuchtet die Gurke? "In einer Wissensshow im Fernsehen hat Wigald Boning das gleiche Experiment vorgeführt", sagt Gerwin. "Aber die Erklärung kam uns komisch vor. Das wollten wir genauer wissen." Gerwin und Florian fanden heraus, dass die Salzlösung, in die die Gurke eingelegt ist, das Leuchten verursacht.
Anders als beim Junior-Wettbewerb "Schüler experimentieren" müssen die Teilnehmer von "Jugend forscht" ihr Experiment oder ihre Entwicklung auch theoretisch erklären. Dazu mussten sich zum Beispiel Gerwin und Florian sogar in die Theorien Einsteins zur Quantenphysik einlesen. Am Ende steht eine Vorrichtung, mit der man Lösungen unter Strom setzt - und an der Farbe des Glühens erkennt der Betrachter, um welche Lösung es sich handelt. Lithiumchlorid leuchtet unter Strom anders als Natriumchlorid. Ganze Nachmittage verbringen die beiden im Physikraum des Fürstenberg-Gymnasiums.
Dass Nachwuchsforscher ihre Ideen in die Tat umsetzen können, haben sie auch Männern wie Michael Lamberty zu verdanken. Der 52-jährige Lehrer mit dem roten Schnurrbart sagt Sätze wie "Die Naturwissenschaften sind ein Flur mit vielen Türen." Gemeinsam mit einem Kollegen betreut er die Jugendforscher am Droste-Hülshoff-Gymnasium in Rottweil. "Hier kann man Erfinden als Schulfach wählen", sagt er stolz. Er möchte Kinder früh für die Naturwissenschaften interessieren. Der Erfolg gibt ihm Recht. Was haben sie nicht alles ausgetüftelt: die beleuchtete Damenhandtasche, den Warnlautgeber für Skateboards, Salatsaucen für Kinder und ein Wellness-Gerät für Hunde mit Kamm, rotierenden Bürsten und einem Staubsauger für die Hundehaare. "Es ist toll, wenn die Schüler merken, dass sie so etwas aus eigener Kraft leisten können", sagt Lamberty.
Johannes Lang (15), Felix Fehse (15) und Mirko Hahn (14) haben den Klang einer Glocke untersucht und festgestellt, dass der so genannte Dopplereffekt stärker ist, je höher die Glocke schwingt. Da dies aber zugleich die Kraft des Anschlags erhöht, wird das Material stärker belastet. Nun tüfteln die drei Schüler des Kant-Gymnasiums Weil am Rhein an einem Klöppel, der den gewünschten Dopplereffekt erzeugt, weil er die Klangfarbe verbessert, und das Material schont. "Es kommt auf den Schwerpunkt und die Berührungsdauer an", deutet Johannes Lang an. Ihn haben Glocken schon immer fasziniert.
Sepp der Seeigel und Öffne Fix der Seestern agieren nur im Hintergrund. Der Held des Comics ist Professor Aufzack, ein Fisch. Ihn lässt Angelika
Beinert erklären, was Luft ist - chemisch betrachtet. Die Oberstufenschülerin des Friedrich-Gymnasiums Freiburg, das ebenfalls mit zehn Arbeiten im Wettbewerb vertreten ist, hat Chemie als Leistungskurs gewählt und wollte schon immer mal ein Kinderbuch zeichnen. Der Spagat zwischen wissenschaftlicher Erklärung des Themas "Luft" und der kindgerechten Umsetzung war für Beinert nicht einfach. Auf 15 handgemalten Seiten erklärt nun Professor Aufzack einem Fischkind das fremde Element. "Weil ich mit der Hand zeichne, war es schon etwas nervig, wenn ich mich am Ende der Seite vermalt habe und dann nochmal von vorne beginnen musste." Die 18-jährige Schülerin findet ihre Arbeit selbst ungewöhnlich: "Die Teilnehmer von ,Jugend forscht' präsentieren normalerweise ein Experiment und kein Buch." Für Benita Eberhardt ist die richtige Präsentation einer wissenschaftlichen Arbeit durchaus wettbewerbswürdig, ja Teil der Arbeit.
Bis 15. Januar mussten die Wettbewerbsteilnehmer ihre schriftlichen Unterlagen einreichen, gestern stellten sie die Modelle und Experimente den 28 Juroren aus den sieben Fachgebieten vor. "Es ist interessant zu sehen, wie die Schüler das machen, wie sie an Selbstbewusstsein gewinnen." Solche Präsentationen gehören heute zum Schulalltag und viele Ideen von Jugend forscht sind Ausarbeitungen von Referaten aus dem Unterricht. Auf Antrag können bestimmte Projekte als außerschulische Sonderleistung anerkannt werden und eine mündliche Prüfung im Abitur ersetzen.
Kreativ, praktisch und selbstbestimmt Arbeiten
Die drei Windfahrzeugbauer aus Lörrach fänden das nur angemessen. "Es war schon komisch, in den Weihnachtsferien waren wir immer ganz allein in der Schule", sagt Manuel Sitter. Andererseits hat sie die "besondere Herausforderung" gereizt. "In der Schule bekommt man nur vorgefertigte Aufgaben, für die es eine klare Lösung gibt", sagt Sitter. "Hier mussten wir alles selber machen: messen, eine Theorie erstellen", das mögliche Scheitern nie ausgeschlossen. "Wir mussten uns selbst organisieren und mit den Problemen klarkommen". Aber es sei ein "kreatives und zugleich praktisches Arbeiten", wie Sitter betont, "wir haben etwas Neues geschaffen", fügt Manuel Fischer hinzu. Und sie können sich über ihre Berufswünsche orientieren. "Mich würde die Forschung reizen", sagt Olaf Merkert.
Ihr Fahrzeug haben sie schon mal als Patent registrieren lassen. Genauer: Das hat "Jugend forscht" für sie getan. Ob sich eine echte Patentanmeldung lohnt, müssen sie sich noch überlegen.
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