Physik

Die Physik-AG besuchte die Fachbereiche Physik und Elektrotechnik an der TU Kaiserslautern

Mit dem Ziel unsere Kenntnisse im FB Elektrotechnik, über die im Schulunterricht behandelten Themen hinaus, zu verbessern , besuchten wir im Rahmen der Physik AG im Zeitraum vom 16.06 bis 2.07 insgesamt 6 mal die TU Kaiserslautern. Dreimal waren wir im FB Physik zu Gast und dreimal im FB Elektrotechnik. Die Treffen unserer Gruppe, welche aus 7 Schülerinnen und Schülern der 9 Klasse und 5 Schülern der 10. Klasse bestand, fanden immer von 14 bis 16 Uhr statt.

Unser erstes Treffen, indem wir uns mit dem Thema Kondensator beschäftigten, fand am 16.06.2014 statt. Nach der Begrüßung von Frau Schuster und Herr Prof. Dr. Kuhn ging es zunächst mit ein bisschen Theorie los, zwei Lehramtsstudenten von Prof. Dr. Kuhn erläuterten uns den Aufbau eines Kondensators und die Physik, die sich in ihm abspielt. Danach ging es auch schon ans Experimentieren. Unter der Anleitung der zwei Lehramtsstudenten führten wir verschiedene Versuche mit dem Kondensator durch, um so dessen Eigenschaften zu erforschen. Am Schluss trugen wir dann unsere Ergebnisse zusammen und besprachen diese.

Bei den nächsten zwei Treffen, welche auch bei Herr Prof. Dr. Kuhn stattfanden, war die Vorgehensweise gleich, bei einem Treffen experimentierten wir mit einer Diode und beim anderen mit einem Transistor. Das Experimentieren bereitete uns viel Spaß.

Die folgenden drei Treffen fanden bei Prof. Dr. Hauck statt. Hier ging es nun ans Praktische. Unser Ziel war es ein Lauflicht zu bauen, bei dem beim Betätigen des Einschalters die LEDs zeitversetzt nacheinander aufleuchten und wenn die letzte LED aufleuchtet wieder zeitversetzt nacheinander ausgehen. Dieses erarbeiteten wir uns Schritt für Schritt mit Hilfe des bei Prof. Dr. Kuhn erlernten. Hier hieß es Ausprobieren. Zunächst bauten wir unter Anleitung von Prof. Dr. Hauck die Schaltungen auf Steckbrettern auf und führten verschiedene Messungen durch. Später durften wir uns dann alle ein Lauflicht selber auf einer Platine Löten. Dieses durften wir dann auch mit nach Hause nehmen. Im Anschluss auf die letzte Sitzung wurden wir von Frau Schuster noch zum gemeinsamen Eis essen eingeladen, bei dem wir unsere Erfahrungen bzgl. der Physik-AG austauschen konnten.

 

Die Physik-AG hat uns allen sehr viel Spaß bereitet und wir haben alle sehr viel gelernt. Aus diesem Grund richte ich einen Großen Dank an Frau Schuster, sowie an Prof. Dr. Kuhn und Prof. Dr. Hauck.

Knatterboote: Ergebnis aus dem Physikunterricht bei Frau Heckmann

Im handlungs- und ergebnisorientierten Unterricht  gelingt es, sich dem  Prinzip der Mechanik flüssiger und gasförmiger Körper spielerisch zu nähern.

Die besondere Konstruktion der Boote erlaubt es, ganz ohne bewegliche Antriebsteile nur unter Ausnutzung des Wasserimpulses einen Vortrieb zu erzeugen.

Dieser Impuls kommt durch zwei unter der Wasseroberfläche sich befindende  parallel angebrachte Rohre zustande. Als Energiequelle kann die Flamme einfacher Teelichter dienen. Die so eingesetzte Energie führt dazu, dass Wasser durch die Röhren angesaugt und wieder ausgestoßen wird. Die Menge des angesaugten Wassers entspricht der ausgestoßenen Menge, ein Vortrieb kommt trotzdem zustande, da die Richtung des Wasseraustritts vom Grundsatz her nach hinten erfolgt, die Ansaugung aber radial aus allen Seiten erfolgt.

 

Die Boote auf den Bildern zeigen die Kerzen und ein darüber angebrachtes  Blech, welches als Verdampfer fungiert. Von hier aus laufen die Röhren unter die Wasseroberfläche. Durch diese Konstruktion wird Heißdampf erzeugt, der  nach hinten ausgestoßen wird. Nach diesem Rückstoß kehren sich die Druckverhältnisse kurzzeitig um – kaltes Wasser strömt über die Röhre zum heißen Blech über der Kerze – hier kommt es rasch zur Dampfbildung und zu einem neuen Rückstoß.

Diese rhythmische Abfolge erzeugt das typische Geräusch – die Boote knattern nach vorne.





Landeswettbewerb 2013

Der Landesphysikwettbewerb besteht aus drei Runden, wobei in allen drei Runden eine Hausarbeit ausgearbeitet wird. In der dritten Runde findet ein dreitägiges Physikseminar statt mit einem in die Bewertung eingehenden Experiment und einem Kolloquium, in dem überprüft wird, ob die Aufgaben selbstständig erarbeitet wurden. In den ersten beiden Runden braucht man eine bestimmt Punktzahl, um sich für die nächste Runde zu qualifizieren. In diesem Jahr haben vier Schüler und Schülerinnen aus den zehnten Klassen unseres Gymnasiums die Qualifikation für die dritte Runde geschafft. Insgesamt gab es dort dieses Jahr 12 Teilnehmer und Teilnehmerinnen, die aus ganz Rheinland-Pfalz angereist kamen. Die Hausarbeiten bestehen aus Experimenten und theoretischen Überlegungen, bei denen sowohl Formeln als auch logisches Denken gefragt sind. Meistens sind die Themen nicht im Unterricht behandelt worden, sodass man sich das Fachwissen selbstständig erarbeiten muss. Dabei können sowohl Internet als auch Bücher hilfreich sein. Die dritte Runde bestand aus drei Aufgaben. In der zweiten Aufgabe ging es um theoretische Rechnungen, die den Stratosphärensprung von Felix Baumgartner thematisierten. Gefragt war unter anderem die Fallzeit einer Kugel aus 39 km Höhe mit Berücksichtigung des Luftwiderstandes. In der dritten Aufgabe war ein Schaltplan eines Feuchtigkeitssensors und die zugehörigen Materialien wie z.B. eine LED, ein Transistor, eine Platine und verschiedene ohmsche Widerstände gegeben. Erwartet wurden die Durchführung mehrerer Experimente mit anschließender schriftlicher und grafischer Auswertung sowie eine Erklärung der Funktionsweise des gelöteten Sensors. Während des dreitägigen Seminars übernachteten wir im Gemeinschaftszentrum Trippstadt. Am ersten Tag an der Uni wurde das für die Bewertung relevante, unbekannte Experiment in einem Zeitraum von vier Stunden durchgeführt. Hierbei handelte es sich um einen ähnlichen Schaltplan wie in der Hausarbeit, allerdings wurde ein Helligkeitssensor gebaut. Am zweiten Tag fand morgens das Kolloquium statt. An allen drei Tagen aßen wir in der Mensa der Uni zu Mittag und zu Abend. Außerdem fanden an allen drei Tagen weitere Experimente und Vorträge statt, wie z.B. eine Einführung in die Wellenoptik, einen Vortrag über Neutrinos oder die Fehlerrechnung sowie Versuche am Rastertunnelmikroskop, mit dessen Hilfe wir Atome einer Metallprobe am Computer sichtbar machen konnten. Eine Laborführung zur Laserphysik stand ebenfalls auf dem Programm. Am dritten Tag wurden die Sieger und Siegerinnen verkündet. Die Teilnehmer unserer Schule haben zwei zweite und zwei dritte Plätze belegt. Die drei Tage waren zwar sehr anstrengend, aber informativ und interessant.

Marten Wiehn und Patricia König

 

9. Klassen unter Druck

Kann man ein volles Tetrapack mit wenig Wasser zum Platzen bringen? Wie lang kann ein Strohhalm sein, damit man daraus noch trinken kann? Oder ist es möglich, mit einem Backaromafläschchen zu angeln?

Diesen und anderen Fragen rund um das Thema Druck widmeten sich alle vier 9. Klassen des Sickingen-Gymnasiums über einen Zeitraum von mehreren Physik-Stunden im Dezember 2013. Höhepunkt war das Schülerpraktikum, wobei zwei Klassen die Technische Universität in Kaiserslautern besuchten und die anderen beiden Klassen das Praktikum an unserer Schule durchführten.

Initiiert wurde das Projekt von Herrn Molz im Rahmen seiner Doktorarbeit im Bereich der Physikdidaktik. Dabei untersuchte er, inwiefern Schülerpraktika dem Verstehen von physikalischen Phänomenen dienlich sein können. Wir jedenfalls hatten den Eindruck, dass sich die Schülerinnen und Schüler mit Interesse und Spaß den Aufgaben gewidmet haben und ihre Physikkenntnisse festigen konnten.

 

Annette Heckmann & Thomas Reinhold

Tag der Physik: Ehrungen der erfolgreichen Schülerinnen und Schüler

Ehrung: „Tag der Physik“

 

Am 7. Dezember 2013 haben rund 75 Schüler unserer Schule am „Tag der Physik“ an der Technischen Universität Kaiserslautern teilgenommen. Drei Gruppen waren besonders erfolgreich:

Die Ehrung für diese Schüler fand am 16. Dezember bei uns am Sickingen-Gymnasium statt.

Die drei bestplatzierten Teams wurden an diesem Tag von unserer Direktorin Andrea Meiswinkel  beglückwünscht und erhielten ihre Urkunden.

Christian Bender, Niklas Burkhard, Tobias Feuerbach und Moritz Geier aus der 10. Klasse erreichten im Wettbewerb der Jahrgangsstufen 10/11 einen tollen 10. Platz.

Hannah Fauß, Nils-Oliver Hund, Niko Kowalski, Juliane Scheer und Sebastian Westrich belegten den 5. Platz bei den Acht- und Neuntklässlern.

Die beiden Gruppen bekamen jeweils eine Urkunde für die „Beste Schule“.

Zusätzlich dazu wurde den Schülern Lando Clemens, Lukas Kuntz, Jan Schön, Lukas Wilding und Matthias Wolf aus dem Physik-Leistungskurs der MSS 12 eine Urkunde für das Erreichen eines hervorragenden zweiten Platzes in den Jahrgangsstufen 12/13 überreicht.

Die betreuenden Lehrkräfte Herr Klein, Frau Heckmann, Frau Nikolaus und Frau Schuster waren ebenfalls anwesend und freuten sich über den großen Erfolg ihrer Schüler. Aufgrund einer Erkrankung konnte Herr Becker, der auch eine Schülergruppe betreut hatte, leider nicht an der Ehrung teilnehmen.

Frau Meiswinkel überreichte ihren Kolleginnen und Kollegen ein kleines Präsent und dankte ihnen für ihre Mühe und Engagement.

Beate Schuster verkündete erfreut, dass die erfolgreichen Preisträger das Preisgeld von insgesamt 450€ für einen zusätzlichen gemeinsamen Wandertag verwenden dürfen.

Abschließend ermutigte sie die Schülerinnen und Schüler, an weiteren, regelmäßig stattfindenden Wettbewerben, teilzunehmen.

 

Christina Potdevin, Saskia Blankenburg

Exkursion zur GSI in Darmstadt

Am 5. Dezember 2013 besuchten Schülerinnen und Schüler des Leistungs- und des Grundkurses Physik der Jahrgangsstufe 12 das Zentrum für Schwerionenforschung (GSI) in Darmstadt.

Die GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH in Darmstadt betreibt eine große, weltweit einmalige Beschleunigeranlage für Ionen. Forscherinnen und Forscher aus aller Welt nutzen die Anlage für Experimente, um neue Erkenntnisse über den Aufbau der Materie und die Entwicklung des Universums zu gewinnen. Darüber hinaus entwickeln sie neuartige Anwendungen in Medizin und Technik.

 

Das Verhalten von Zellen unter Ionenbeschuss ist ein Thema, mit dem sich die Forscher der Biophysik-Gruppe beschäftigen. Mit der bei GSI entwickelten Tumortherapie haben sie eindrucksvoll bewiesen, wie aus erkenntnisorientierter Grundlagenforschung eine Anwendung entstehen kann. Von 1997 bis 2008 wurden bei GSI mit großem Erfolg Tumorpatienten mit Ionenstrahlen behandelt. Dabei wurden mit beschleunigten Kohlenstoffionen Tumore im Kopfbereich bestrahlt, die mit bisherigen Behandlungsmethoden noch nicht therapiert werden konnten. In diesem Pilotprojekt kamen neu entwickelte strahlenbiologische und technische Methoden zum Einsatz. Die Methode ist seit Herbst 2009 im klinischen Routinebetrieb am Heidelberger Ionenstrahl-Therapiezentrum HIT im Einsatz. Dort werden jährlich ca. 1300 Patienten behandelt, die Heilungschancen liegen bei über 90%.

Unsere Schülerinnen und Schüler hatten beeindruckende Einblicke in die Forschung und haben durch den Vortrag und die Besichtigung der Anlagen einige praktische Anwendungen der Lerninhalte ihres Physikunterrichts kennengelernt.

Beate Schuster

 


Schwerionenforschung und Tumortherapie am GSI Darmstadt

 

Am 5. Dezember letzten Jahres haben der Grund- und Leistungskurs Physik der MSS12 eine Exkursion zur GSI (=Gesellschaft für Schwerionenforschung) in Darmstadt unternommen. Dort konnten sich die Schüler Eindrücke von Berufen im naturwissenschaftlichen Bereich machen und konnten viel über die Forschungseinrichtung und ihre Projekte erfahren.

Die GSI forscht in vielen verschiedenen Bereichen mithilfe von Teilchenbeschleunigern und hat seit ihrer Gründung 1969 schon mehrere Erfolge feiern können. Darunter die Entdeckung von sechs neuen chemischen Elementen, über 400 Atomkernen und einem wirksamen Verfahren gegen Krebs.

Bei GSI wurde den Schülern ein Einblick in die Arbeitsräume von derzeitigen Projekten bezüglich der Grundlagenforschung erlaubt. Zu sehen war zum Beispiel eine große Experimentierhalle, in der die verschiedenen Standorte der Forschungsgruppen platzsparend nebeneinander aufgereiht sind und durch dicke, mit einem speziellen Kran bewegbare Betonpfähle zur Absicherung gegen die Strahlung der bewegten Teilchen getrennt sind. 

In Darmstadt wurde ein medizinisches Verfahren entwickelt, welches erlaubt, Tumore im Kopf- und Halsbereich nebenwirkungsarm und mit einer Erfolgsrate von über 90% zu behandeln. Dieses Verfahren, bei dem der Tumor mit hoch beschleunigten Ionen bestrahlt wird, wurde im HIT (=Heidelberger Ionenstrahl-Therapiezentrum) spezialisiert und wird dort im Routinebetrieb für 20000 € pro Behandlung angeboten. Bei der Besichtigung wurde den Schülern ein Bereich gezeigt, der sich stark von den anderen unterscheidet. Er war speziell für die Patienten eingerichtet, die vor dem Bau des HIT in der GSI behandelt wurden. Die Köpfe der insgesamt 440 Behandelten wurden fixiert indem man sie mit einer Art Schablone erfasst hat. Das beinhaltet auch den Grund dafür, warum man diese Behandlungsform nicht bei anderen Körperregionen einsetzen kann, weil sie sich zu sehr bewegen. Es wird jedoch nach einem Weg gesucht diese Bewegungen bei der Bestrahlung auszugleichen.
Bis 2018 wird bei der GSI das neue internationale Beschleunigerzentrum FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research) entstehen, eines der größten Forschungsvorhaben weltweit. An FAIR wird eine nie dagewesene Vielfalt an Experimenten möglich sein, durch die Physiker aus aller Welt neue Einblicke in den Aufbau der Materie und die Entwicklung des Universums, vom Urknall bis heute, erwarten. FAIR wird Antiprotonen- und Ionenstrahlen mit bisher unerreichter Intensität und Qualität liefern. Im Endausbau wird FAIR aus acht Ringbeschleunigern mit bis zu 1.100 Metern Umfang, zwei Linearbeschleunigern und rund 3,5 Kilometern Strahlführungsrohren bestehen. Die bereits existierenden GSI-Beschleuniger werden dann als Vorbeschleuniger dienen.

zum Bild:

Forschung mit den GSI-Beschleunigeranlagen

Die GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH in Darmstadt betreibt eine große, weltweit einmalige Beschleunigeranlage für Ionen. Forscherinnen und Forscher aus aller Welt nutzen die Anlage für Experimente, um neue Erkenntnisse über den Aufbau der Materie und die Entwicklung des Universums zu gewinnen. Darüber hinaus entwickeln sie neuartige Anwendungen in Medizin und Technik.

 

 

Josia Below, MSS 12

 


 

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