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Ansprechpartner Schülerlabor
Weitere Hinweise
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2,5 kg
Prof. Dr.-Ing. habil. Horst Biermann
Laborleiter
Der Test der Brücke endet, sobald die Brücke unter einer bestimmten
E-Mail: biermann @ w w.tu-freiberg.de
Last zur Seite kippt, bricht oder schwebende Bestandteile den Boden
Tel.:
berühren.
03731 / 393564
Annett Wolf
Koordinatorin / A nmeldung
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Falls mehrere der eingesandten Strukturen die Vorgaben erfüllen und
dasselbe Gewicht aufweisen, werden Versuche mit einer Last von über
7 kg durchgeführt, bis ein Gewinner feststeht.
E-Mail: awolf @ w w.tu-freiberg.de
Tel.:
03731 / 392730
Ansprechpartner Studienberatung
Dr. Sabine Schellbach
Zentrale Studienberatung
E-Mail: studium @ zuv.tu-freiberg.de
Tel.:
03731 / 393461
Wissenschaftliche
Unterstützung
Der Schülerwettbewerb ist eine Initiative des Sonderforschungsbereichs 799
„TRIP-Matrix-Composite“ und wird durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert.
EINSENDEADRESSE:
Schülerlabor „Science meets School Werkstoffe und Technologien in Freiberg“
TU Bergakademie Freiberg
Institut für Werkstofftechnik
Kennwort „SCHÜLERWETTBEWERB“
Gustav-Zeuner-Straße 5
09599 Freiberg
Einsendeschluss: Mittwoch, 20. Mai 2015
Die Beiträge werden von einer Jury bewertet. Der Rechtsweg ist ausgeschlossen.
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[email protected]
SCHUELERLABOR.TU-FREIBERG.DE / FACEBOOK
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eine sich verbiegende Brücke
unter einer Last von 2,5 kg
schuelerlabor.tu-freiberg.de
Neue Werkstoffe entdecken
!
eine Fläche von mindestens 10 cm x 10 cm
„Thema: Brückenbau“
in der Mitte der "Fahrbahn" besitzen,
auf der das Testgewicht aufgelegt werden kann,
ein geringes Eigengewicht aufweisen,
Im alltäglichen Leben werden ständig moderne Werkstoffe gebraucht – beispielsweise besteht das Hüftgelenk deiner Oma aus Keramik und dein Fahrrad
wurde aus einem faserverstärkten Verbundwerkstoff hergestellt.
Wissenschaftler fanden heraus: Wenn man Werkstoffe kombiniert, können ihre
Eigenschaften gezielt verbessert werden. An der TU Bergakademie Freiberg
Protokollieren
Protokolliert ausführlich euren Entwicklungsprozess (auf max. 5
Seid kreativ
in Form und Farbe.
in einer bestimmten Struktur angeordnet habt,
eine Analyse der Struktur vor und nach der Belastung
(wenn möglich mit Bildern),
entwickeln Forscher u. a. eine grundlegend neue Werkstoffkombination aus
die durchgeführten Versuche mit eurer selbst her-
zähem Stahl und spröder Keramik. Dieser neuartige Verbundwerkstoff mit der
gestellten Brücke mit Angabe der jeweiligen Masse
Bezeichnung „TRIP-Matrix-Composite“ kann durch seine Festigkeit und Verform-
beliebig, aber
max. 15 cm
barkeit hohen Belastungen standhalten, wie es beispielsweise bei Brücken der
max.
20 cm
mind. 40 cm
Fall ist.
...folgende Maße haben:
Das klingt komplizierter als es ist. Mit ein bisschen Köpfchen und Kreativität
könnt ihr euren eigenen Verbundwerkstoff herstellen. Das geht ganz einfach mit
Durchfahrtshöhe = max. 20 cm (bei Nichtbelastung),
Breite des Standfußes = max. 15 cm.
Materialien, die in jedem Haushalt zu finden sind.
des Brückenmodells und der getesteten Traglast,
die Berechnung der spezifischen Tragfähigkeit eurer
Brücke (Masse des Prüfgewichts / Masse der Brücke),
eine ausführliche und kreative Beschreibung eures
werkstoffes in Form einer Brücke.
besonders hohen Belastung standhält. Wenn eine Brücke geplant
Für den erfolgreichen Entwurf einer Brücke spielen physikalische Gesetze eine große Rolle. Aber auch das Material, aus
dem eine Brücke besteht, ist wichtig. Tagtäglich muss eine Brücke
den unterschiedlichsten Belastungen standhalten – durch Fußgänger,
Autos, Züge und vieles mehr.
Als die ersten Brücken gebaut wurden, waren Stein und Holz die
wichtigsten Baustoffe. Heute werden sie meist aus Beton und Stahl
gefertigt und stellen komplexe Bauwerke dar, wie z. B. die Golden
Gate Bridge in San Francisco oder die Brooklyn Bridge in New York.
Leichte und gleichzeitig stabile Modelle von Brücken könnt ihr selbst
aus Pappe und Papier herstellen.
Entwickelt eure eigene Brücke mit speziellen Eigenschaften. Diese sollte…
...aus einer Kombination von mindestens zwei der
wird, müssen physikalische Gesetze und Materialeigenschaften
berücksichtigt werden. Überlegt euch genau, welche Eigenschaften die erlaubten Materialien haben und wie ihr sie entsprechend nutzen könnt, um die Vorgaben zu erfüllen.
1. D
er Preis für die „beste Brücke“ –
für die den Anforderungen am besten entsprechende Struktur. **
2. Der „Kreativpreis“ –
für die innovativste Auswahl und Gestaltung der Materialien.
3. D
er Preis für das „beste Protokoll“ –
für die fachgerechteste Berichterstattung.
Zusätzlich gibt es einen Überraschungspreis für die ganze Familie
in der Kategorie:
4. Der „Familienpreis“ – für das beste Familienforscherteam.
** Prämiert wird der Werkstoff, welcher der Traglast von 7 kg standhält und dabei das
geringste Gewicht aufweist. Die Struktur muss dabei natürlich alle Vorgaben erfüllen.
2
Zusätzlich sollt ihr noch folgende
Rechenaufgabe lösen:
a) Eine bestimmte Brücke auf der Erde sei mit einer Trag-
tag an die TU Bergakademie Freiberg ein. An diesem Tag seid ihr die
„Stars“ der Forschung. Ihr könnt gemeinsam mit Wissenschaftlern eigene
Werkstoffe herstellen und verschiedene Tests an Werkstoffen durchführen.
Außerdem warten jede Menge Überraschungen auf euch!
fähigkeit von 3 t zugelassen. Welcher Kraft hält sie demnach mindestens stand?
Das sendet ihr bitte dafür ein:
b) Angenommen die Brücke stünde auf dem Mond. Welche
Testen
Macht euch im nächsten Schritt Gedanken, wie ihr die Tragfähigkeit eurer gebauten Brücke selbst testen könnt. Dazu sucht
ihr euch am besten "Gewichte", wie beispielsweise Milchpackungen, um in kg-Schritten die zunehmende Gewichtsbelastung
zu simulieren und die Tragfähigkeit eurer Konstruktion zu testen.
Eurer Kreativität sind hier keine Grenzen gesetzt. Wir übernehmen jedoch keine Haftung für entstandene Schäden.
Führt mehrere Versuche durch, um eure Brücke auf Herz und
folgenden Materialien bestehen: Pappe, Papperzeug-
Nieren zu testen und versucht dabei, die Tragfähigkeit Schritt für
nissen, Papier, Holzstäbchen und handelsüblicher
Schritt zu optimieren.
Klebstoff,*
Apple iPod
in den folgenden Preiskategorien:
Die Gewinner der vier Preise laden wir zu einem persönlichen ForschungsZiel ist es, einen Verbundwerkstoff herzustellen, der einer
Verbundwerkstoff herstellen
Für den Wettbewerb selbst gibt es jeweils 1
Bitte denkt daran, immer Quellen im Protokoll anzugeben!
Dann sind das eure Aufgaben:
1
Und das könnt ihr gewinnen:
„optimalen“ leichten und gleichzeitig stabilen Verbund-
* Es dürfen ausschließlich die angegebenen Materialien verwendet werden.
Habt ihr Lust dazu?
Mitmachen lohnt sich
Seiten DIN A4). Dieser sollte folgende Schwerpunkte enthalten:
die Gründe, warum ihr die Materialien ausgewählt und
mind.
10 cm x10 cm
mindestens 7 kg tragen können und
3
Masse könnte sie in diesem Fall dort tragen?
Eure „optimale“ Brücke (unter Berücksichtigung der genannten VorEine kleine Hilfestellung für das Protokoll findet ihr bei
gaben) und euer ausführliches Protokoll (max. 5 Seiten DIN A4).
www.schuelerlabor.tu-freiberg.de unter der Sektion
„Schülerwettbewerb“.
Ihr könnt auch in Zweiergruppen arbeiten. Sendet bitte jedoch nur eine Brücke
und ein Protokoll ein. Pro Gruppe wird allerdings nur ein Preis vergeben.
Dieser Wettbewerb ist optimal für Schülerinnen und Schüler der Klassenstufen
8 bis 13 geeignet. Jedoch können sich auch gern jüngere Teilnehmer und
ältere Familienmitglieder am Wettbewerb beteiligen.