Tag 2: Dank Schiff-Experiment zum Spaß an Physik

Von Lea und Sophie

“Praxisnah”, “Interessant”, “Anschaulich” – und Physik? Passt das? Davon versuchten uns Professor Rudolf Mecke und Laboringenieur Peter Kußmann zu überzeugen. Am Dienstagvormittag führten wir zum Thema “Automatisierung durch Regelungstechnik” ein Experiment in einem der “Smart Automation”-Labore durch. Im Vergleich zu unseren bisherigen Erfahrungen in der Schule, wurde uns hier die Möglichkeit gegeben, uns nochmal ganz anders mit der Physik zu beschäftigen.

Das Experiment: Von Schiffen und dem Geldsparen

“Zeit ist Geld”, meinte Peter Kußmann und versuchte uns das eigentliche Problem bildlich darzustellen: Heutzutage werden immer häufiger Kräne für das Be- und Entladen eines Schiffes verwendet. Jedoch beeinflusst die Schwingdauer des Kranpendels die Anlegezeit und somit die entstehenden Kosten. In großen Unternehmen wird deshalb versucht, durch das Regeln der Schwingungsdauer, unnötige Kosten zu vermeiden.

  • Laboringenieur Peter Kußmann erklärt den Schülerinnen die Auswirkungen des Motors auf das Pendel. Foto: Movie meets Technology

So wurde uns durch einen vereinfachten Versuch vermittelt, wie ein solches Problem bewältigt werden kann. Dazu wurde die Zeit gemessen, die ein Pendel bis zum Ausschwingen benötigt. Zusätzlich wurden darauf Tischtennisbälle platziert, um die Container darzustellen. Da das Pendel sehr lange bis zum Stillstand benötigt und die Bälle, wie erwartet, herunterfielen, mussten wir eine Lösung finden.

Dafür wurde uns ein Programm gezeigt, bei dem die Schwingungen in verschiedenen Farben dargestellt werden. Durch das Eingeben verschiedener Zahlenwerte für die Schwungdämpfung, kann damit das Problem behoben werden. Nach vielen vergeblichen Versuchen fanden Annika und Alina eine passende Lösung. Diese probierten wir sofort aus und siehe da, es funktionierte. Mit dieser Methode sparen Unternehmen mehrere Millionen Euro.

Immer mit dabei: Fotoapparat und Videokamera

Während des Experiments machten wir Foto- und Videoaufnahmen und interviewten Laboringenieur Peter Kußmann und seinen Hilfswissenschaftler (HiWi) Henrik Dresselhaus. Wir stellten ihnen Fragen zum Verlauf und dem Studienfach “Smart Automation” selbst. Die Bearbeitung des Foto- und Videomaterials wurde uns dann nachmittags durch Sebastian und Robin, beides Masterstudenten der “Medien- und Spielekonzeption”, beigebracht.

Sowohl das Lösen des Problems als auch das Filmen und Bearbeiten bereiteten allen Teilnehmerinnen viel Freude. So hatte Lea das Gefühl, Teil eines richtigen Kamerateams zu sein, da sie bei Fotografie, Film und Ton mitgewirkt hat. “Ich war sehr konzentriert, während des Interviews, um möglichst gute Ergebnisse zu erzielen”, sagt sie. “Es war sehr interessant”, äußert sich Kim und Alina fügt lächelnd hinzu: “Ich bin der Physik etwas näher gekommen. Es hat Spaß gemacht.”

Quelle Beitragsbild: Movie meets Technology

Tag 3 und 4 – Octocopter und Lego-Roboter

Octocopter-Flug und Roboter-Bau aus Lego – die elf Schülerinnen experimentierten an Tag drei und vier mit den beiden mobilen Systemen. Sophia und Chris berichten aus ihrer Sicht.

Octocopter: Flug durch die Turnhalle

Nachdem wir an unserem Blog gearbeitet und zusammen Mittag gegessen hatten, gingen wir am dritten Tag mit unserem Foto- und Kameraequipment in das Labor für mobile Systeme. Dort lernten wir Prof. Dr. Frieder Stolzenburg, der uns Einblicke in das Studium der Informatik gab, kennen. Die Studentinnen Frau Richter und Frau Oehrtmann unterstützen ihn und führten uns Octocopter und einige Roboter vor. Wir spürten ihr Interesse an den Fachgebieten, ebenso ihre Leidenschaft für die jeweiligen Projekte.

  • Der Octocopter.

Im Bereich der KI (Künstliche Intelligenz) zeigte uns der Professor einige Praxisbeispiele zur Anwendung von Octocoptern. Diese sollen Tätigkeiten, die bisher von Menschen unter teilweise gefährlichen Umständen durchgeführt werden, erleichtern. So benutzt man ihn zum Beispiel bei der Wartung von Windrädern.

Mehr zu den Kopter-Flügen
Der “InspektoKopter” ist ein Flugroboter, der die optische Außeninspektion von Windenergieanlagen übernehmen soll. Dadurch wird die manuelle Prüfung teilweise ersetzt.

Professor Dr. Frieder Stolzenburg hat auf Youtube ebenfalls einen Multikopter-Flug über die Hochschule Harz veröffentlicht.

Der Octocopter arbeitet mit acht sich jeweils abwechselnd in entgegengesetzte Richtungen drehenden Rotorblättern, Akku, Gehäuse und sogar GPS. Auch eine Kamera ist angebracht. Steuern kann man ihn durch eine Fernbedienung, doch auch ein autonomer Flug ist möglich.

Nach dem Vortrag gingen wir aufgrund schlechter Witterungsbedingungen in die Turnhalle und Frau Richter ließ einen Octocopter fliegen. Er wirbelte eine Menge Luft auf, sodass er sich selbst aus dem Gleichgewicht brachte. Trotzdem blieb er größtenteils in der richtigen Bahn und filmte das Geschehen mehr oder weniger gut. Es war beeindruckend zu sehen, wie das Flugobjekt durch die Luft glitt. Man zeigte uns damit, wie wichtig es ist, an Projekten wie diesem zu arbeiten und die Technik weiterzuentwickeln, da es viele Bereiche gibt, in dem sie den Arbeitsalltag leichter und vor allem sicherer machen können.

Lego-Roboter: Vom Spielen zur Funktion

Wer hat in seiner Kindheit nicht mit Lego gespielt, Häuser und Fahrzeuge gebaut und dann stolz vorgeführt, was erschaffen wurde? Also wir auf jeden Fall, weshalb wir uns sehr gefreut haben, Lego-Roboter (Legomindstorm NXT) zu bauen, um ein autonomes Wesen zu kreieren. Unser vierter Tag begann wieder im Labor für mobile Systeme, diesmal mit Frau Oehrtmann. Als wir den Raum betraten, fanden wir auf dem Tisch direkt hinter dem Eingang bereits Boxen mit Legosteinen vor. Wir fühlten uns fast wieder in unsere Kindheit versetzt – Endlich wieder basteln und bauen! Frau Oehrtmann darf das sogar beruflich.

  • Frau Oehrtmann präsentiert ein Buch über Roboter.

Während die anderen Teilnehmerinnen mit dem Bauen der Roboter beschäftigt waren, hatten vier von uns eine andere Aufgabe. Für den Blog machten wir Aufnahmen. Es war spannend zu beobachten, wie alle über den Bauanleitungen saßen und nach und nach die Roboter entstanden. Es kristallisierte sich schnell heraus, wer damit nicht das erste Mal gearbeitet hat, denn nicht alle hatten das gleiche Tempo, was das Ganze noch interessanter machte.

Diejenigen, die zuerst fertig waren, halfen den Anderen und bemerkten, dass etwas mit dem Programm nicht stimmten konnten. So schnell, wie das Problem erkannt wurde, konnte Frau Oehrtmann es auch wieder lösen. Nachdem alle ihre Roboter fertig gestellt hatten, wurden wir zum absoluten Kind, als wir unsere Meisterwerke in Action erleben durften.

Mehr zum Roboter-Bau
Chris: Ich war beim Bau dabei. Mein Roboter (McRobo hieß er) bestand wie alle anderen zuerst einmal aus vielen kleinen Teil und einem Plan. Der Aufbau war relativ leicht, da ich Ähnliches aus meiner Kindheit kannte. Was neu dazukam, waren die Kabel und das “Gehirn” der Roboter. Das Programmieren wurde schon für uns erledigt, sodass wir schnell fertig waren und schlussendlich für Fotos posieren mussten. Ich muss sagen, dass es mir unendlich viel Spaß machte, diese kleinen Bauteile zum Leben zu erwecken. Ich würde es gerne noch einmal machen, diesmal allerdings mit eigenem Programm. Ich kann es nur empfehlen.

Sie rollten so niedlich über den Boden, wichen einander und jeglichen anderen Hindernissen aus und schauten uns so liebevoll mit ihren Sensorenaugen an, dass wir uns direkt in sie verliebten und Muttergefühle entwickelten. Jede von uns erkannte immer sofort ihren Schützling. Nach einigen Aufnahmen kam dann jedoch der Moment der Trennung. Wir verabschiedeten uns von unseren Lieblingen und bauten sie wieder auseinander. Es floss zwar keine Träne, aber wir sind sicher, dass die neuen Mütter innerlich zerbrachen.

(Sophia und Chris)

 

Tag 2 – So verliefen die Experimente im Labor

Belebter Schlamm, bunte Flüssigkeiten und eine sterile Umgebung – am nächsten Tag der Forschungswoche standen für die Schülerinnen drei Experimente im Umwelttechniklabor auf dem Plan. Teilnehmerin Julia (Foto) erzählt von ihren Erfahrungen bei den einzelnen Versuchen.

Experiment 1: Tierchen im Schlamm

Am zweiten Forschungstag um 9 Uhr ging es in das uns schon bekannte Labor. Mithilfe von Frau Gerlach konnten wir Belebtschlamm mikroskopieren. Was auf den ersten Blick wie ein wildes Durcheinander schien, stellte sich als Lebensraum einer Vielzahl unterschiedlichster Mikroorganismen heraus, darunter zum Beispiel Wimperntierchen und Bärtierchen. Diese niedlichen Kleinstlebewesen schwommen mal eben vor deinem Auge vorbei. Diese Beobachtungen haben mir großen Spaß gemacht. Es stellte sich letztendlich heraus, dass es sich um einen gut funktionierenden Schlamm handelte.

  • Die Teilnehmerinnen schauen sich den belebten Schlamm im Mikroskop an.

Experiment 2: Temperatur in Kläranlagen

Sollte man Kläranlagen beheizen? Beim nächsten Versuch haben wir mit Prof. Dr. Heilmann ein Belüftungsbecken einer solchen Anlage nachempfunden, in dem aerobe Kleinstlebewesen organische Verunreinigungen des Abwassers abbauen. Danach haben wir beobachtet, was in Abhängigkeit von der Temperatur passiert. An zwei großen Gläsern mit braunem, unterschiedlich warmen Wasser haben wir in regelmäßigen Zeitabständen die Sauerstoffsättigung gemessen – aber erst nachdem die Sauerstoffzufuhr unterbunden war. Schlussfolgerung: Das Erwärmen der Flüssigkeit führt zur Beschleunigung der Atmung der Organismen, woraufhin der schneller abnehmende Sauerstoffanteil beim wärmeren Wasser deutet. Kläranlagen sollte man deshalb trotzdem nicht heizen, da der Energieaufwand dafür zu hoch ist. Wie es sich bei Biogasanlagen verhält könnt ihr im Video sehen.

  • Versuchsaufbau mit Klärschlamm.

Experiment 3: Daten im Vergleich

Das letzte Experiment sollte uns die Häufigkeit von Fehlern bei der Erhebung von Messdaten aufzeigen. Ich selbst durfte den Nitratgehalt von einer eingefärbten Teichprobe und der Standardlösung bestimmen und vergleichen. Auch wenn das genauere chemische Verständnis dabei manchmal noch gefehlt hat, waren die einzelnen Messungen sehr spannend. Die Werte wichen wirklich oft voneinander ab. Grund sind zum Beispiel ungenaues Arbeiten bei der Probenentnahme, dem Abmessen sowie unsaubere Behälter und Sonden. Ich hab währenddessen auch coole Fotos geschossen und durfte die Anmoderation für die dabei entstandenen Videos machen.

  • Ermittlung der Nitratwerte durch einfärben der Probe.

(Julia)