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Schülertagung 2015

25. Juni 2015 | Max-Planck-Institut für Mathematik in den Naturwissenschaften | G10 Leibniz-Hörsaal

Alljährlich treffen sich Physiker aus Deutschland und der Welt, um auf den DPG-Frühjahrstagungen Ideen auszutauschen und zu diskutieren. Wir haben dieses Konzept auch für Schülerinnen und Schüler, insbesondere der Oberstufe, angeboten und zur Schülertagung in Leipzig eingeladen. Sechs Schüler haben die Möglichkeit, in Form von selbstgestalteten Vorträgen eigene Forschung und Kenntnisse zu präsentieren, wahrgenommen. In den Pausen konnten alle mehr über die Tätigkeiten Gleichgesinnter erfahren und sich über aktuelle Fragestellungen austauschen.

Gruppenfoto vor dem Max-Planck-Institut
Gruppenfoto vor dem Max-Planck-Institut
hochauflösende Version
, Foto: Fabian W. Williges

Ablauf

Die beiden Plenarvorträge bilden den Rahmen der Veranstaltung. An eine kurze Kaffepause schließt sich der Vortragsblock an, dessen genaue Gestaltung von der Anzahl an Schülerreferenten abhängt. Außerdem ist in der Mittagspause für Verpflegung gesorgt. Die jDPG behält sich Änderungen in der zeitlichen Planung vor.

10:00-11:00 Plenarvortrag: Dynamische Systeme und Chaos
11:00-11:30 Kaffeepause
11:30-11:50 Physikalische Rotationsbewegungen im Sport Das Rätsel der schönsten Zahlen der Mathematik
12:00-12:20 Die Zukunftsfähigkeit von Photovoltaikanlagen Planemos – eine Existenz ohne Orbit
12:30-12:50 Mikrobieller Abbau von Kunststoff
13:00-14:30 Mittagspause
14:30-15:00 Evaluation
15:00-16:00 Plenarvortrag: Computersimulationen in der statistischen Physik

Plenarvorträge

Dynamische Systeme und Chaos

Fatihcan Atay | Max-Planck-Institut für Mathematik in den Naturwissenschaften

Ein dynamisches System ist ein Wesen, dessen Zustand sich mit der Zeit ändert. Selbstverständlich gibt es eine große Anzahl solcher Systeme in der Natur und in der Gesellschaft - im Wesentlichen ist alles von Atomen bis hin zu Planeten ein dynamisches System. Auch in unserem Alltagsleben begegnen wir häufig vielen Problemen, die dynamische Systeme miteinbeziehen, von Spielen wie Minigolf bis zu Wettervorhersagen. Deswegen ist die Studie der dynamischen Systeme so wichtig! Es ist oft der Fall, dass man (mehr oder weniger) die Gesetze kennt, die die Zustandsänderungen regeln, und die zukünftigen Zustände des Systems voraussagen möchte. Es gibt viele ungelöste wissenschaftliche Herausforderungen auf diesem Gebiet, aber die Grundideen können auf einem einfachen Taschenrechner bereits demonstriert und untersucht werden.
In diesem Vortrag werden wir Ideen von Attraktoren, Stabilität und Pendelbewegungen entwickeln und in die geheimnisvolle Welt von „Chaos“ hineinblicken.

Computersimulationen in der statistischen Physik

Wolfhard Janke | Institut für Theoretische Physik, Universität Leipzig

Das Phasendiagramm für die drei verschiedenen Aggregatzustände fest, flüssig, gasförmig eines reinen Stoffes (z.B. Wasser), eines Magneten oder für Polymere wird durch die Thermodynamik gut beschrieben. Dabei wird die Abhängigkeit von makroskopischen Zustandsgrößen (z.B. Druck und Temperatur) untersucht. Eine mikroskopische Erklärung dieser Zusammenhänge ist Gegenstand der statistischen Physik. Hierbei versucht man durch eine Analyse der thermischen Bewegung von Atomen oder Molekülen, die untereinander nach relativ einfachen Kraftgesetzen wechselwirken, auf das makroskopische Verhalten zu schliessen. Da die betrachteten Systeme in der Regel sehr viele Teilchen enthalten, ist eine genaue formelmässige Behandlung allerdings nur in Grenzfällen (z.B. stark verdünnte Gase) möglich. Hier setzen nun Computersimulationen an, mit denen man auch im allgemeinen Fall die Bewegung der Teilchen im Computer nachverfolgen, also "simulieren" kann. Der Vortrag gibt einen Überblick über die grundlegenden Ideen dieser Methode und illustriert das typische Vorgehen mit einigen Beispielen aus der Polymerphysik.

Fatican Atay
Wolfhard Janke
Fatihcan Atay
Foto: Fabian W. Williges
Wolfhard Janke
Foto: Fabian W. Williges

Schülervorträge

Physikalische Rotationsbewegungen im Sport am Beispiel des Geräteturnens

Pauline Hennig

In vielen Bereichen des Alltags spielt die Physik oft eine größere Rolle als wir ihr zutrauen, so zum Beispiel im Sport. Pauline hat die Gesetzmäßigkeiten der Physik beim Gerätturnen untersucht. Wir werden einiges über die theoretischen Grundbegriffe erfahren und eine verdichtete Erklärung zur Praxis erhalten. Schließlich werden die physikalischen, biomechanischen und turnerischen Gesichtspunkte zusammengefügt. Unter anderem in Form eines praktischen Teil mit Rechnungen zu den Turnübungen. Pauline hat erfolgreich beim Jugend-forscht-Landesfinale Sachsen teilgenommen und den Sonderpreis des Kultusministeriums erhalten.

Mikrobieller Abbau von Kunststoff

Robin Hertel und Finn Sombrutzki

Kunststoffe stellen in unserer Umwelt ein stetig wachsendes Problem dar. Allein in den letzten 20 Jahren hat sich die Menge an weltweit produzierten Kunststoffverpackungen verdoppelt. Unsere Arbeit befasst sich mit der Thematik der Verwertung des Kunststoffs im Meerwasser. Die synthetischen Polymere sind für Mikroorganismen schwer abbaubar, weil sie keine enzymatischen Angriffspunkte, wie z.B. Alkohole (Hydroxylgruppe) oder organische Säuren (Carboxylgruppe), bieten. In breitgefächerten Versuchen haben wir die Möglichkeiten mikrobiellen Abbaus untersucht.

Planemos – eine Existenz ohne Orbit

Alice de Sampaio Kalkuhl

Der Vortrag „Planemos – eine Existenz ohne Orbit“ befasst sich mit einer kurzen Erklärung des Phänomens Planemo und basiert auf einem Artikel, der von der Vortragenden für das Physik-Online-Magazin Detektor verfasst und dort veröffentlicht wurde. Es wird erklärt, wie aus einem Planeten ein Planemo wird und wie Planemos bestimmt werden können. Als Erklärung wird ein Vergleich verwendet zwischen dem Gasriesen Jupiter und dem Planemo CFBDSIR 2149, der aus dem Vierfachsystem AB Doradus stammt und sich von diesem wegbewegt. Es wird auf die geringe Wahrscheinlichkeit hingewiesen, dass sich unsere Erde zu einem Planemo entwickeln könnte und auf publizierte Spekulationen über Leben auf Planemos.

Das Rätsel der schönsten und fundamentalsten Zahlen der Mathematik: Primzahlen!

Fabian Schneider

Primzahlen: Zahlen die genau zwei Teiler besitzen – die Eins und sich selbst! Doch trotz dieser einfachen Definition sind Primzahlen die schönsten Zahlen der Mathematik, denn sie bilden das Fundament aller weiteren Zahlen. Jede übrige Zahl kann mit Primzahlen gebildet werden! Mithilfe dieser außergewöhnlichen Zahlen können hochinteressante zahlentheoretische Angaben, Erklärungen und Voraussagen gemacht werden, an denen bis heute intensiv geforscht wird. Doch sind Primzahlen ebenso rätselhaft – fast schon abscheulich – denn ihre Geheimnisse konnten bis heute nicht entschlüsselt werden! Wann erscheint die nächste Primzahl? Wie sind Primzahlen verteilt? Welchem Muster folgen Primzahlen? Fragen, an denen die größten Mathematiker gescheitert sind. Diese Zahlen scheinen beinahe willkürlich – wie Unkraut – zwischen den Zahlen zu erscheinen – in einem Gefüge, das wir selbst erschaffen haben!

Die Zukunftsfähigkeit von Photovoltaikanlagen

Martin Welcker

Mit meiner Arbeit möchte ich an mein Projekt anknüpfen, mit dem ich 2014 bei Jugend Forscht teilgenommen hatte. Dort analysierte ich, inwiefern Photovoltaik-Anlagen auf Schulen sinnvoll sind und entwarf eine ideale Anlage für Schulen. Mit meiner neuen Ausarbeitung werde ich an meine Ergebnisse anknüpfen und teilweise darauf aufbauen. Hier befasse ich mich mit Photovoltaikanlagen auf Einfamilienhäusern. Dazu werde ich eine Referenzanlage für ein Wohnhaus entwerfen und diese testen. Diese soll dann schrittweise angepasst werden, um auch die Wirtschaftlichkeit u.a. bei veränderter Anlagengröße, unterschiedlichen Dachformen und bei Speichersystemen zu testen. Die Kernfrage ist dabei: Lohnen sich PV-Anlagen für Einfamilienhäuser heute noch?

die Schülerreferenten
Pauline Hennig, Alice de Sampaio Kalkuhl, Martin Welcker, Finn Sombrutzki und Robin Hertel
(von links nach rechts), Foto: Fabian W. Williges



Auch 2016 soll es wieder eine Schülertagung geben, diesmal in Berlin. Wir freuen uns auf viele spannende Vorträge und eine Podiumsdiskussion zum Thema "Energie der Zukunft".


Max-Planck-Institut für Mathematik in den Naturwissenschaften, Leipzig
Quelle: Max-Planck-Institut für Mathematik in den Naturwissenschaften, Leipzig



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