Kettenreaktion

In einem Laser laufen Lichtteilchen (sogenannte Photonen) zwischen zwei Spiegeln hin und her. Dabei bewegen sie sich durch ein Material mit angeregten Atomen, welche dann weitere komplett gleichartige Photon aussenden. Es entsteht eine Kettenreaktion, bei welcher immer mehr dieser Photonen entstehen und somit das Licht verstärkt wird. Es entsteht so der für Laser typische Lichtstrahl von hoher Intensität.

Konstruiere und baue eine Kettenreaktion, die aus phantasievollen Kombinationen möglichst vieler sich nacheinander auslösender physikalischer Effekte besteht. Dabei sollen mindestens drei verschiedene Effekte das Thema „Licht und Photonen“ veranschaulichen.

Aufgabenstellung als PDF
Icon Kettenreaktion Aufgabe

Anforderungen

Nach welche kriterien wird die aufgabe bewertet?
  • Die gesamte Anordnung muss auf einer Grundfläche von 1 x 1 m (mitzubringen) untergebracht werden.
  • Offenes Feuer und pyrotechnische Elemente sind nicht zugelassen, allerdings dürfen Feuerzeug- oder Kerzenflammen, sowie Tischfeuerwerk und Wunderkerzen verwendet werden.
  • Eine Liste des Ablaufs der Kettenreaktion mit allen Effekten soll den Juroren bei der Vorbesichtigung vorliegen.
  • Der Boden des Zeltes, in dem die Kettenreaktion bei exciting physics vorgeführt wird, ist nicht schwingungsfrei. Daher sollte auf allzu „wackelige“ Reaktionen verzichtet werden, da diese ansonsten ungewollt ausgelöst werden könnten.
  • Die Gesamtzeit der Kettenreaktion ist auf 5 Minuten begrenzt. Zu langsam laufende oder unsichere Effekte dürfen von Hand (mit Punktabzug) überbrückt werden, die Teilnehmer entscheiden selbst, ob das nötig ist.

Bewertung

Nach diesen Kriterien wird deine Lösung bewertet
  • Anzahl der unterschiedlichen Reaktionen (physikalische Effekte). Z. B. zählt das Umfallen von Dominosteinen lediglich als ein Effekt.
  • Um die Bewertung der sehr unterschiedlichen Kettenreaktionen gerecht durchführen zu können, wird das folgende Bewertungsschema angewendet: Jede selbsttätig ausgelöste Reaktion wird mit einem Pluspunkt bewertet.

    Falls die Kettenreaktion aussetzt, darf sie erneut angestoßen werden; allerdings wird eine nicht automatisch ausgelöste bzw. von Hand überbrückte Reaktion mit einem Minuspunkt bewertet. Wenn also von insgesamt 10 Effekten 3 nicht funktionieren, ergibt dies insgesamt 4 Punkte: 7 funktionierende Effekte = 7 Pluspunkte, 3 nicht funktionierende Effekte = 3 Minuspunkte; also insgesamt 7 minus 3 = 4 Punkte.
  • Veranschaulichung des Themas „Licht und Photonen“ bei mindestens drei Effekten
  • Beispiel: Wenn von insgesamt 10 vorgesehenen Effekten 3 nicht funktionieren und von Hand überbrückt werden mussten, ergibt dies insgesamt 4 Punkte: 7 Punkte für die 7 funktionierenden Effekte, 3 Punkte Abzug für die drei nicht funktionierenden Effekte; also insgesamt 7 – 3 = 4 Punkte.

FAQs Kettenreaktion

Wir möchten noch einmal ausdrücklich betonen, dass „umkippende Dominosteinreihen“ lediglich einen verwendbaren physikalischen Effekt darstellen können. Insofern ist das Foto zur Aufgabenbeschreibung etwas missverständlich. Anregungen für Kettenreaktionen kann man sich z. B. hier holen: Kettenreaktionen bei NEMO, Amsterdam.

Eine Steckdose können wir zur Verfügung stellen.

Aber: Keine Basteleien mit 230 Volt!

Ja, natürlich! Man sollte der Jury (und dem interessierten Publikum) aber ermöglichen, die gesamte Kettenreaktion von einem Standort aus zu beobachten.

Alles, was in die Kategorie „Kerze“ fällt: Ja.

Frei verkäufliche pyrotechnische Produkte mit einer Freigabe unter 18 Jahren (Wunderkerzen, Tischfeuerwerke u.ä.): Ja.

Selbstbau-Pyrotechnik und stark exotherme Reaktionen: Nein. Ausnahme u.U. nur dann, wenn der betreuende Lehrer die Unbedenklichkeit versichert, uns die geplanten Reaktionen/Stoffmengen geschildert hat (E-Mail) und von uns „grünes Licht“ für den Einzelfall erhalten hat.

Allgemein gilt: Äußerste Vorsicht beim Umgang mit entflammbaren Stoffen! Wir bitten die Lehrer, darauf zu achten, dass nur Effekte zum Einsatz kommen, die von SchülerInnen der entsprechenden Altersgruppe sicher beherrschbar sind. Die Jury wird das Alter der SchülerInnen gebührend berücksichtigen!

Ist ein Bunsenbrenner erlaubt? Wir erlauben die Verwendung eines handelsüblichen Campinggaskochers mit einer 190 g-Kartusche.

Ja, der Phantasie sind hier keine Grenzen gesetzt und wir können 230V Netzspannung zur Verfügung stellen. ABER: Bitte Vorsicht beim Basteln mit 230V ! Außerdem muss der experimentelle Aufbau sicher sein, so dass keiner der Beteiligten oder Besucher des Finale mit einem stromführenden Kabel in Berührung kommen kann. Bitte den experimentellen Aufbau vorher zusammen mit dem Lehrer dahingehend prüfen!

Gilt zum Beispiel eine Kugel, die einmal einen Looping durchläuft, und einmal einen waagrechten Wurf nachmacht, als zwei verschiedene Effekte, oder als ein Effekt, weil es was mit einer Kugel zu tun hat, die sich auf irgend einer Art und Weise bewegt?

Wenn zwischen Looping und waagerechtem Wurf der Kugel kein anderer Effekt ausgelöst wird, wenn es sich also um ein und dieselbe Kugel handelt, die direkt nacheinander einen Looping durchläuft und direkt anschließend einen waagerechten Wurf vollzieht, dann wird dies als ein Bewegungsablauf, und damit als ein einzelner Effekt bewertet. Wenn zwischen Looping und waagerechtem Wurf ein weiterer Effekt ausgelöst wird, dann könnte sogar wiederum dieselbe Kugel für den waagerechten Wurf verwendet werden, und jeder Effekt würde mitgezählt. Dies gilt auch dann, wenn es sich um zwei verschiedene Kugeln handelt, wenn also die Kugel durch einen Looping läuft, eine andere Kugel anstößt, die dann wiederum einen waagerechten Wurf vollzieht. Als „Domino-Effekt“ wird ein Effekt angesehen, der sich mehr als zweimal wiederholt. Die von der ersten Kugel angestossene zweite Kugel darf also keine dritte Kugel anstossen, sonst wird dies als ein „Domino-Effekt“ gewertet.

Eigentlich sollte die Grundfläche tatsächlich 1m x 1m groß sein; wenn es aber der Kreativität dient, dann darf man auch andere Abmessungen verwenden, sofern 1m2 Fläche insgesamt nicht überschritten wird.

Beim Aufbau der Kettenreaktion sind mehrere Etagen erlaubt; die Gesamtfläche ist nicht eingeschränkt, vorgeschrieben ist nur die Grundfläche von 1m2. Es ist aber nicht zweckmäßig, allzu sehr in die Höhe zu bauen, denn die Juroren müssen in der Lage sein, die Kettenreaktion zu bewerten, ohne auf eine Leiter zu steigen.

Es ist mehr oder weniger klar, dass man nur am Anfang der Reaktion manuell zugreifen darf. Aber, darf man vor Reaktionsanfang an verschiedenen Reaktionsstellen ansetzen, wenn man, beispielsweise, ein Gerät einschalten muss, dass erst später in der Reaktion teilnimmt? Oder muss das Gerät in der Reaktion selbst eingeschaltet werden?

Nachdem die Kettenreaktion am Start manuell in Gang gesetzt wurde, darf nicht mehr eingegriffen werden. Außer, wenn die Reaktion durch Nicht-Auslösen eines Effektes unterbrochen wird. Dann darf die Kettenreaktion manuell wieder in Gang gesetzt werden, allerdings wird der nicht-ausgelöste Effekt nicht mitgezählt. Alle Geräte (z.B. Netzteile), die zum Betrieb eingeschaltet werden müssen, müssen also vor Beginn der Kettenreaktion bereits eingeschaltet sein, oder sie müssen im Verlauf der Kettenreaktion durch einen geeigneten Effekt ausgelöst bzw. eingeschaltet werden.