P1 Analyse des Rauschverhaltens von CMOS-Sensoren in AbhÀngigkeit verschiedener Einflussfaktoren

Jonathan Bollig,

Felix-Klein-Gymnasium Göttingen


Eine digitale Kamera erzeugt meist unerwĂŒnschtes Signal-Rauschen, wenn sie ein Foto macht. Dieses Rauschen gilt es allgemein beim Fotografieren zu vermeiden. Ich habe mit diesem Projekt das Sensor-Rauschen analysiert. Dazu habe ich meine Kamera, eine Sony A6000, benutzt, um mit dieser Fotos ohne Licht zu machen. Durch einen mehrstufigen Prozess habe ich dieses Rauschen dann in AbhĂ€ngigkeit verschiedener Faktoren analysiert. Dabei bin ich vor allem auf die AbhĂ€ngigkeit des Rauschens vom ISO-Wert, der Belichtungszeit und der Sensortemperatur eingegangen.
Feststellen konnte ich, dass das Rauschen in AbhĂ€ngigkeit zum ISO-Wert wie erwartet einen linearen Zusammenhang hatte. Allerdings ergab sich fĂŒr kleine ISO-Werte bis 4 000 abweichend von der Erwartung einen Wurzel-Zusammenhang.
Bei der Belichtungszeit habe ich festgestellt, dass das Rauschen bis 1/15 Sekunde konstant war, dann mit starken Schwankungen leicht gestiegen ist.
Bei der Temperatur konnte ich feststellen, dass das Rauschen bei ansteigender Temperatur leicht zunahm.
Zusammenfassend kann ich sagen, dass ich meist erfolgreich AbhÀngigkeiten feststellen konnte und somit mein Ziel erreicht habe.

P2 Der Einsatz und die Auswirkungen von Fluoreszenz im Alltag - Landessieger

Jona Röhrig,

Johannes-Kepler-Gymnasium Garbsen

Fluoreszenz findet nicht nur in der Wissenschaft viele Anwendungsgebiete, sondern auch im tÀglichen Umfeld, wie etwa in Kleidung, Waschmitteln, Beleuchtungen, Textmarkern, Papier und noch vielem mehr, wobei diese Anwendungsgebiete nur selten wissenschaftlich untersucht und dokumentiert sind.
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Um den Effekt der Fluoreszenz nÀher untersuchen zu können, wird dieser anfangs theoretisch untersucht und ein Spektrometer aus HaushaltsgegenstÀnden entwickelt, womit Lichtspektren analysiert und mit Hilfe eines Computerprogrammes grafisch dargestellt werden können.
In Textmarkern lassen sich hĂ€ufig gleiche fluoreszierende Farben nachweisen, wodurch diese im Vergleich zu normalen Stiften stĂ€rker auffallen. In Kleidung und Waschmitteln konnten unterschiedliche Mengen fluoreszierender Pigmente nachgewiesen werden, wobei Testreihen zeigen, dass die Fluoreszenz bei weißen Stoffen den visuellen Eindruck einer grĂ¶ĂŸeren Sauberkeit erzeugt. Diese fluoreszierenden Partikel stehen jedoch im Verdacht gesundheitsschĂ€dlich zu sein und sollten daher nĂ€her untersucht werden. Obwohl auch in verschiedenen Druckerpapieren unterschiedlich viele fluoreszierende Pigmente nachgewiesen wurden, konnte kein direkter Einfluss auf die FarbqualitĂ€t des Druckerpapiers festgestellt werden.
Auch in modernen Leuchtmitteln wie LEDs und Leuchtstoffröhren kommt der Effekt der Fluoreszenz zum Tragen, wobei sie hier fĂŒr ein ausgewogeneres Lichtspektrum sorgen, um die negativen Effekte der Spektren der Leuchtmittel, wie eine schlechte Farbwiedergabe und die MelatoninunterdrĂŒckung, zu beseitigen.

P3 Schlau wie der Pfau - Schwingungsanalyse von Federn des Pavo Christatus - 3. Platz

Rosalie von Behr und Finja Seemann,

Hölty-Gymnasium Celle


Seit ĂŒber 20 Jahren wird an unserer Schule ein Pfauenpaar gehalten. Aus diesem Grund ist das Tier auch auf unserem Schulwappen abgebildet. Schon lĂ€nger ist uns das „RĂŒtteln“, eine laut rasselnde Bewegung des Federkleides, aufgefallen. Hierbei soll die leuchtende Federzeichnung von großen, blau irisierenden „Augen“ Fressfeinde abschrecken. Außerdem dienst sie dazu, die Henne in der Balzzeit zu beeindrucken.
Besonders auffallend ist, dass die Augen still stehen, obwohl der Rest des Federkleides sich stark bewegt.
Da dieser Effekt in den uns bekannten Berichten nur ansatzweise beschrieben ist, wollten wir ihn genauer untersuchen, um eine ErklĂ€rung dafĂŒr zu finden. Dazu haben wir uns mit den Grundbegriffen der Schwingungsanalyse und Festigkeitslehre vertraut gemacht und einen selbstgebauten Testaufbau entwickelt.
Nach vielen Versuchen und Berechnungen glauben wir nun eine physikalische ErklĂ€rung fĂŒr dieses PhĂ€nomen gefunden zu haben..

P4 Das chaotische Doppelpendel - Ordnung ins Chaos bringen - 2. Platz

Constantin von Estorff und Carl Weiß,

Johanneum LĂŒneburg

Grundlage des Projektes ist ein selbstgebautes, ebenes Doppelpendel. Lenkt man dieses aus, entstehen unter gewissen Anfangsbedingungen chaotische Bewegungsmuster, die nur schwer mathematisch beschreibbar sind und stark von der Änderung der Anfangsbedingungen abhĂ€ngen.
Im Rahmen des Projekts ist das reale Experiment mit einer selbst entwickelten
Computersimulation verglichen worden.
Dazu wurde das Doppelpendel mit den zugrunde liegenden Differentialgleichungen modelliert und dann im Anschluss mit den aus einer Videoanalyse gewonnenen Realdaten verglichen.
Dabei konnte eine Übereinstimmung zwischen der Simulation und dem Experiment beobachtet werden.
Des Weiteren ließ sich mit der Simulation beobachten, unter welchen Bedingungen interessante ZustandshĂ€ufungen auftreten und sich das Doppelpendel chaotisch verhĂ€lt.
Diese ÜbergĂ€nge von einem determinierten, schwingenden System hin zu einer
chaotischen Bewegung sind bei der Untersuchung des Doppelpendels von besonderem Interesse gewesen.

 

2018