Neue Schulexperimente für den Fallturm

Veröffentlicht von am 2. Juni 2019 in Allgemein

Auch in diesem Jahr hat der Hackerspace Bremen e.V. wieder gemeinsam mit dem ZARM und dem DLR-School-Lab Bremen den DroPS-Wettbewerb veranstaltet. Beim jährlichen „Drop Tower Project for School Students“ können Schulteams Schwerelosigkeitsexperimente im Bremer Fallturm durchführen.

Für den diesjährigen Wettbewerb haben das Gymnasium Vegesack, die IGS Osterholz-Scharmbeck und das Gymnasium Horn die besten Ideen eingereicht.
In den letzten Monaten haben wir mit den Teams ihre Experimente aufgebaut, die im DLR-Droptower auch mehrfach getestet wurden.
Am Mittwoch wurden die Experimente nun beim „Final Drop“ im Fallturm des ZARM durchgeführt.

Experiment des Gymnasium Vegesack


Beim Gymnasium Vegesack ging es um die Frage, wie wenig Wasser und Druck aufgewendet werden muss, um Stoff mit Waschlösung zu benetzen. Dazu wurde ein Aufbau gewählt, bei dem über Schrittmotor, Gleitlager, dünner Spritze und unterschiedlich präperierten Nadeln die Menge und Druck genau eingestellt werden können.

Experiment der IGS-OHZ


Bei der IGS Osterholz-Scharmbeck ging es um den Vergleich von Kristallwachstum in Silbernitrat bei normaler Schwerkraft und bei Schwerelosigkeit. Das Experiment wurde so aufgebaut, dass zeitgesteuert ein gebogener Kupferstab in Silbernitrat getaucht werden konnte. Es wurden in einer eigenen Biegevorrichtung mehrere Kupferstäbe hergestellt, um vergleichbare Ergebnisse zu Bodentests zu erhalten.

Experiment des Gymnasium Horn


Das Gymnasium Horn untersuchte das Verhalten von stehenden Wellen auf einer Flüssigkeitsoberfläche bei eintretender Schwerelosigkeit. Hierzu wurde eine Röhre angefertigt, in der gefärbtes Wasser über einen Lautsprecher in Resonanz gebracht werden konnte. Die besondere Schwierigkeit bestand nicht nur aus der genau einstellbaren und tiefen Frequenz eines sauberen Sinustons, sondern vor allem auch aus dem wasserdichten Behälter.

Alle Experimente verliefen erfolgreich. Die zeitliche Steuerung war sehr exakt, so dass die 4,7 Sekunden Schwerelosigkeit fast vollständig ausgenutzt werden konnten. Die Teams sind nun mit der Auswertung der Daten und des Videomaterials beschäftigt und stellen diese Mitte Juni in Vorträgen vor.

In neun Gruppentreffen und einigen kleineren Treffen haben unsere Mitglieder Daniel, Frank, Marco, Thomas, Thorsten und Daniel im letzten halben Jahr die Schulteams bei der Planung, Materialbeschaffung und beim Aufbau der Experimente unterstützt.
Neben den kurzen Wegen in unseren Werkstätten, Unterstützung an unseren Werkzeugen, KnowHow und Tips zur Kontruktion waren auch die Erfahrungswerte aus den letzten DroPS-Wettbewerben hilfreich. So haben sich über die Jahre einige Elektronik- und Konstruktionsteile als „DroPS-Standard“ herausgestellt, darunter nun auch der „Calliope Mini„. Zur Verfügung steht auch das „Lego Mindstorms„-System, für dass sich dieses Jahr aber keines der Teams entschieden hat.

Bei DroPS geht es um die wissenschaftlichen Experimente, weniger um einen Programmier- oder Konstruktionswettbewerb.
Der Anspruch ist, mit möglichst einfachen Mitteln und wenig offener Elektronik die Experimente sicher durchführen zu können. Arduinos und selbstgebaute Platinen dürfen zwar verwendet werden, aber nur in geschlossenen Gehäusen und von Teams, die diese bereits programmieren können. Für Schulteams ohne Programmiererfahrung ist dagegen eine einfachere grafische Programmierung sehr hilfreich.
Daher wurde in den letzten Jahren eher auf das Mindstorms-System gesetzt, wofür aber nur begrenzt Aktoren und Sensoren zur Verfügung stehen. Für manche Experimente ist das ausreichend.
Die „Calliope Minis“ können dagegen nahezu alle gängigen Sensoren und Aktoren ansteuern und ebenfalls grafisch programmiert werden. Auch wegen des geringeren Platzbedarfs werden sie bei DroPS nun gerne verwendet. Nur das Team „Gymnasium Horn“ verwendete dieses Jahr einen Arduino als steuerbaren Signalgenerator für niederfrequente Sinustöne.

Zusätzlich zu einer Einführung in die grafische Programmierung gehört auch eine Vorstellung von einfachen 3D-Konstruktionsprogrammen zu unserem jährlichen DroPS-Programm. Mit Sketchup oder Tinkercad konstruieren die Teams Ihr Experiment vorab am Rechner. Dadurch können die Teams die räumliche Begrenzung eines Experimentrahmens besser ausnutzen und sie erhalten genaue Maße für ihre Konstruktion. Die Entwürfe sind auch für die Dokumentation sehr hilfreich, die kontinuierlich erweitert wird.

So ist DroPS zwar kein Programmier- und Konstruktionswettbewerb, aber die Schülerinnen und Schülern lernen dabei ein paar Grundlagen, die direkt in der Praxis angewendet werden können. Auch die Werkzeuge in unseren Werkstätten können nach einiger Zeit sogar von ihnen selbst bedient werden, auch wenn wir bei manchen Maschinen Ausnahmen machen müssen.

DroPS-Kapsel


Da das ganze bei uns außerschulisch in einer lockeren Arbeitsatmosphäre stattfindet, es einen guten Austausch zwischen den Schulteams gibt und auch der Spaß nicht zu kurz kommt, hat das auch in diesem Jahr wieder toll funktioniert. Und weil wir die Ideen genauso toll finden, wie die Schülerinnen und Schüler selbst, freuen uns schon auf die Präsentation der Experimentergebnisse 🙂

Natürlich wird es auch im nächsten Jahr wieder einen DroPS-Wettbewerb geben!
Experimentideen können von Oktober bis November eingereicht werden. Die drei besten Ideen werden mit Euch im Hackerspace aufgebautet, im DLR getestet und beim ZARM durchgeführt. Weitere Informationen zu DroPS sind hier zu finden:
https://www.zarm.uni-bremen.de/de/nachwuchs/drops-das-experiment-im-fallturm.html

Weitere Bilder gibt es im Twitter-Feed vom ZARM:

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  1. Marek N. sagt:

    Vielen Dank für den umfassenden Artikel und die Links.
    Glückwunsch allen Teilnehmern zu den gelungenen Experimenten.
    Weiter so!