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Es gibt derzeit folgendes Wahlunterrichtsangebot:
(Interessenten melden sich bitte bei den angegebenen Betreuern)

Erfinderwerkstatt (StR Starck)
Jugend forscht/Schüler experimentieren – Physik (StD Winter)
Robotergruppe (OStRin Schrodt)

Schulbesuch - Leichtbau

Am 13. März besuchte ein Team von Studenten der TH Ingolstadt zwei unserer naturwissenschaftlichen Klassen (9b und 9c), um ihnen die Bedeutung und die technischen Möglichkeiten zum Thema Leichtbau zu vermitteln.

Ziel beim Leichtbau ist es Gewicht und damit Rohstoffe, Kosten und Energie von Produkten zu reduzieren. Besonders interessant ist das für Branchen, die sich mit mobilen Angeboten (z. B. Straßen- und Schienenfahrzeuge, Luft- und Raumfahrt, Aufzüge, Roboterarme usw.) beschäftigen, da hier das ständige Beschleunigen und Abbremsen der Massen wesentlich für die Grundauslegung und somit auch für deren Betriebskosten verantwortlich ist. Damit eröffnet sich gerade in unserer Region eine Vielzahl von interessanten Berufsfeldern.

Die angehenden Ingenieure stellten am Anfang Ihres Schulbesuchs zunächst die verschiedenen Arten von Leichtbau vor und zeigten dabei faszinierende Beispiele aus der Natur, die innovative technische Lösungen im Bereich der Bionik anregten. Danach folgte eine Einführung in neuartige Materialien wie zum Beispiel die Karbonfaser mit ihren Verbundwerkstoffen, wie sie in den mordernsten Hightech Produkten zum Einsatz kommt.

Anschließend konnten die Schülerinnen und Schüler an verschiedenen Lernstationen ihr neu erworbenes Wissen vertiefen und anwenden. In Gruppenarbeit wurde dann aus 10 Blatt DIN-A4 Papier und einer Rolle Tesafilm eine Brücke gebaut, die den Anspruch haben sollte möglichst leicht zu sein und eine große Tragkraft zu haben. Das beste Team baute eine Brücke mit einer Spannweite von 30 cm, einem Brückengewicht von nur ca. 35 Gramm, die eine Masse von erstaunlichen 3,0 kg tragen konnte.

Martina Reichelt

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„Ringvorlesung” Maschinelle Lernverfahren

2016 Maschinelle Lernverfahren
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2016 Maschinelle Lernverfahren
2016 Maschinelle Lernverfahren
2016 Maschinelle Lernverfahren

Ringvorlesung „Gestern noch am Katherl, heute in der Forschung”

Nachdem bereits im vergangenen Schuljahr zwei ehemalige Katherl-Schüler von ihrer aktuellen Forschungstätigkeit berichtet hatten (der Physiker Dr. Alexander Merle über Dunkle Materie und der Mathematiker Prof. Dr. Richard Peter über Entscheidungsverhalten unter Unsicherheit), besuchte uns am 10. November Professor Dr. Michael Botsch von der Technischen Hochschule Ingolstadt. Herr Botsch legte 1998 an unserer Schule die Abiturprüfung ab und studierte an der TU München Elektro- und Informationstechnik. Nach Promotion und Tätigkeit in der Automobilindustrie wurde er 2013 Professor für Fahrzeugsicherheit und Signalverarbeitung an der THI.

Der Titel seines interessanten Vortrags vor Schülern der Jahrgangsstufen 10 und 11 lautete „Maschinelle Lernverfahren und deren Anwendungen in der Fahrzeugsicherheit”. Zunächst erhielten wir einen Überblick über aktuelle Anwendungen maschineller Lernverfahren. Besonders beeindruckte die Quote von „DeepFace” bei der Zuordnung von Gesichtern zu Menschen. Die Erkennungsrate ist momentan 97,35% (Menschen schaffen mit 97,53% nur unwesentlich mehr). Bei der Gelegenheit warnte Herr Botsch die Zuhörer davor, zu bereitwillig Daten in sozialen Netzwerken preiszugeben und allzu sorglos beim Einstellen von Bildern zu sein. Prinzipiell wäre es schon heute möglich, eine unbekannte Person mit dem Smartphone zu fotografieren und über eine App (die es Gott sei Dank noch nicht gibt) Informationen wie Name, Beruf und Hobbies der Person zu erhalten. Ein unheimliches Szenario!

Anschließend wurden wichtige Begriffe erklärt, die auch in den Medien immer auftauchen. Bei Künstlicher Intelligenz (KI) unterscheidet man zwischen starker KI (Fähigkeit, Probleme zu erkennen, zu analysieren und kreativ zu lösen; bisher nur möglich in Science Fiction-Filmen) und schwacher KI (Simulation einer intelligenten Handlung, für die Menschen wesentlich mehr Zeit brauchen; vgl. Siri, Deep Blue etc.). Außerdem ging es um die Begriffe Big Data, Data Mining, Mustererkennung und Deep Learning.

Die Methode der Entscheidungsbäume wurde am Beispiel einer Situation diskutiert, in der nach einer Lenkbewegung die Frage beantwortet werden muss, ob der Fahrer ein Ausweichmanöver gestartet hat und eventuell Unterstützung durch die Fahrerassistenzsysteme braucht.

Daten über die Umgebung eines Fahrzeugs werden mit Kameras gesammelt. Eine zentrale Aufgabe bei der Nutzung von Kameras ist die Objektklassifikation: Handelt es sich bei einem registrierten Objekt um ein Fahrzeug, einen Fußgänger, einen Bordstein, ein Verkehrszeichen...? Ziel der Situationsinterpretation ist die Vorhersage von Bereichen, in denen sich Verkehrsteilnehmer in einer bestimmten Zeit befinden werden. Dazu muss auch die Geschwindigkeit aller Beteiligten ermittelt werden: Wie schnell ist das entgegenkommende Fahrzeug? Wohin und mit welchem Tempo bewegt sich ein Radfahrer oder Fußgänger. Dabei geht es um Entscheidungen wie „Ist ein Ausweichen möglich oder nicht?” oder „Soll eine Vollbremsung eingeleitet werden?” Zur Vorhersage gehört auch die Schätzung der Crashschwere als weitere wichtige Frage.

Bei dem interessanten Vortrag von Prof. Botsch wurde deutlich, welch immenser Aufwand nötig ist, damit eine Maschine blitzschnell die richtigen Entscheidungen bei der Unterstützung eines Autofahrers trifft. Die Schüler sahen, wie selbst bei gewöhnlichen Situationen im Straßenverkehr anspruchsvolle Methoden aus den Fächern Mathematik, Physik und Informatik zum Einsatz kommen und konnten erkennen, dass viele Dinge, die sie in der Schule lernen (müssen), notwendige Voraussetzung für Anwendungen in der Praxis sind. Die im Unterricht oft gestellte Schülerfrage „Wozu braucht ma des?” wurde in der Vorlesung des sympathischen Professors in beeindruckender Weise beantwortet.

Katherl auf dem Nürburgring

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Das Katharinen-Gymnasium und die Technische Hochschule Ingolstadt arbeiten an einem gemeinsamen Projekt, dem Autorennsport. Im Bereich Physik/Technik geht es um den Rennwagen der Zukunft. Messungen im Windkanal und die Ermittlung von Kräften und Beschleunigungen sollen hier Optimierungsmöglichkeiten aufzeigen. In einem Kunstprojekt wird das Äußere eines Audi TT gestaltet, der bei Rennen auf dem Nürburgring gefahren wird. Hierbei sind strenge Vorschriften zu beachten, aber für einen Hinweis auf das Katharinen-Gymnasium ist schon eine Fläche auf der Karosserie reserviert, so dass das KG-Logo bei Trainingsfahrten und bei Rennen immer wieder zu sehen sein wird. Zunächst ist der Rennwagen für einige Wochen auf dem Schulgelände ausgestellt, als Einstimmung für die künstlerischen Arbeiten. Voraussichtlich im Juli werden dann Schüler auf dem Nürburgring als Beifahrer die auftretenden Beschleunigungen messen und eigene Filmaufnahmen erstellen. Zum Auftakt der Projekte hielt am 6. April Herr Professor Dr. Jörg Wellnitz von der THI einen hochinteressanten und kurzweiligen Vortrag über das Neueste aus der Bionik – vom Spinnennest bis in die Unterwasserwelt der Muscheln und Kraken. Wir erfuhren, welche Tricks das Tierreich auf Lager hat und wie diese Tricks oft erfolgreich in die Technik übertragen werden: Es gibt z.B. Fassadenfarben mit Lotuseffekt, selbstreinigende Fensterscheiben stehen längst zur Verfügung und der Kofferfisch diente schon als Vorlage für Karosseriestudien. Im Herbst folgt ein Vortrag mit dem Titel „Die Zukunft des Individualverkehrs, hat das E-Auto eine Chance?”

„Ringvorlesung” über dunkle Materie

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Dr. Alexander Merle berichtet in „Ringvorlesung” über dunkle Materie

Im Jahr 2016 können wir unseren Schülern eine spannende Vortragsreihe bieten. In der „Ringvorlesung” berichten ehemalige Katherl-Schüler von ihrem Spezialgebiet.

Den Auftakt machte am 1. Februar Herr Dr. Alexander Merle, der 2001 an unserer Schule das Abiturzeugnis überreicht bekam. Er studierte Physik an der TU München und nach Stationen in Heidelberg, Stockholm und Southampton kam er an das Max-Planck-Institut für Physik in München. Hier ist er im Bereich der theoretischen Physik tätig, seine Forschungsgebiete sind Teilchenphysik (er beschäftigt sich z. B. mit Neutrinos), Kosmologie und mathematische Physik.

Der Titel des spannenden Vortrags lautete „Dunkle Materie – Science ohne Fiction”. Den anwesenden Schülerinnen und Schülern aus der Q11 und Q12 wurden auf unterhaltsame Weise äußerst interessante wissenschaftliche Fakten vermittelt. Nebenbei konnten sie sich davon überzeugen, dass Wissenschaftler nicht zwangsläufig Langweiler sind.

Nach einem kurzen Einblick in das Standardmodell der Elementarteilchen erfuhren die Zuhörer, dass nur 4,6% des Universums „herkömmliche” Materie ist (dazu zählen z. B. die Planeten, Sterne und auch alle Lebewesen). Zu 23% besteht das Universum aus dunkler Materie (der Rest ist dunkle Energie). Es gibt also etwa fünfmal so viel dunkle Materie wie normale Materie.

Dunkle Materie heißt deshalb „dunkel”, weil sie nicht sichtbar ist. Herr Dr. Merle erläuterte, dass man trotzdem einiges über die dunkle Materie weiß:

  • Licht geht durch sie hindurch, ohne mit ihr zu reagieren (anders als bei Glas, denn Glas lässt z.B. UV-Licht nicht durch)
  • Sie ist elektrisch neutral ( sonst würde sie mit Licht reagieren)
  • Sie hat Gravitationswirkung

Herr Dr. Merle erläuterte Indizien für die Existenz der dunklen Materie:

  • Bei der Analyse der Umlaufgeschwindigkeiten von Sternen in Spiralgalaxien stellte man fest, dass die äußeren Sterne viel schneller um das Zentrum rotieren, als sie nach den Gesetzen eigentlich „dürfen”. Rechnungen zeigen, dass die beobachtete Rotationsgeschwindigkeit korrekt ist, wenn man bei den Rechnungen die Anwesenheit einer dunklen Materie berücksichtigt.
  • Licht, das an dunkler Materie vorbeigeht, wird durch die Gravitation abgelenkt und diese Ablenkung kann beobachtet werden (die dunkle Materie fungiert in diesem Fall als Gravitationslinse). Auch hier liefern Rechnungen, bei denen die dunkle Materie einbezogen wird, Ergebnisse, die mit den Beobachtungen übereinstimmen.

An den hochinteressanten und lehrreichen Vortrag, der trotz des eigentlich schwierigen Themas anschaulich und unterhaltsam war, schloss sich noch eine angeregte Diskussion an. Am Ende waren sich die Zuhörer einig, dass in den zwei Stunden eine „Physikvorlesung vom Feinsten” geboten wurde. Es wäre nicht verwunderlich, wenn als Folge dieser „Vorlesung” einige Schülerinnen und Schüler über die Möglichkeit nachdenken, ein Physikstudium zu beginnen, nachdem sie gesehen haben, dass Physik spannend ist und ein Physiker durchaus „cool” sein kann.

Schulbesuchsprogramm „Leichtbau”

Leichtbau
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Zukunftstechnologien leicht gemacht – Abspecken und damit Rohstoffe und Energie sparen – diese Idee steckt hinter dem Leichtbau. Neue Werkstoffe und Ingenieure, die um die Ecke denken, machen's möglich. Bei dieser Konstruktionsphilosophie kommt es natürlich also darauf an, bei Bauteilen möglichst viel Gewicht einzusparen, ohne dass deren Funktionalität leidet. Leichtbau zählt zu den für unsere Wirtschaft und Umwelt so wichtigen Zukunftstechnologien. Eine Schlüsselrolle spielt diese Technologie vor allem im Fahrzeug-, Maschinen- und Anlagenbau, in der Luft- und Raumfahrt sowie in der Bauindustrie. Für junge Menschen tut sich hier eine Vielzahl interessanter, teilweise ganz neuer Berufe auf. Für Schülerinnen und Schüler der neunten Jahrgangsstufen (9b und 9c) hat die Initiative junge Forscherinnen und Forscher (IJF) zusammen mit dem Verein Carbon Composites e.V. (CCeV) das Schulbesuchsprogramm „Leichtbau” entwickelt. Über verschiedene Lernstationen wurden den Jugendlichen, theoretisch wie praktisch wichtige Kernelemente der Leichtbau-Thematik vermittelt. Dabei spielen Materialtests, Kosten-Nutzen-Rechnungen über verwendete Baumaterialien oder die Herstellung neuer Faserverbund-Werkstoffe eine große Rolle. Ziel des Leichtbau-Schulbesuchs ist, die Schülerinnen und Schüler über diese Zukunftstechnologie zu informieren, ihr Interesse daran zu wecken und ihnen Bildungs- und Berufsmöglichkeiten in diesem Bereich aufzuzeigen.

Weitere Informationen:  www.initiative-junge-forscher.de 

Computertomographie im Fach Physik

Schneckenhaus
Schneckenhaus

Im Rahmen des W-Seminars „Nobelpreisexperimente”(2014/16) erstellt Florian Hauber aus der Q11 Computertomogramme. Dazu werden geeignete Objekte bis zur Größe eines Tennisballes in einem Schulröntgengerät der Fa.Leybold schrittweise um eine Achse gedreht und jeweils „durchleuchtet”. Diese Röntgenbilder werden von einer Kamera abfotografiert und im angeschlossenen Computer zu einem 3-D-Modell des Objektes verrechnet. Der Modellkörper kann anschließend am Bildschirm aus beliebigen Richtungen betrachtet werden und außerdem können – wie bei den „richtigen” CTs auch – in frei wählbaren Ebenen Schnittbilder des Objektes erzeugt werden.

Beispielfilme: erdnuss, walnuss, schnecke

Experiment Gecko
Experiment zum Lotuseffekt
Lotuseffekt
Messung mit Rasterkraftmikroskop
Natur als Vorbild der Nanotechnologie
Vortrag zur Nanotechnologie

Nano-Shuttle am KG

Das Nano-Shuttle Bayern von der Initiative-Junge-Forscherinnen-und-Forscher kam am 4. Juni 2013 ans KG mit zwei Betreuern, die sich vier Schulstunden lang mit Schülern der Jahrgangsstufe 9 mit dieser mittlerweile omnipräsenten Technologie beschäftigten. Nach einem einführenden Vortrag über die Grundlagen der Nano-Technologie und viele interessante sinnvolle (und auch weniger sinnvolle) Anwendungen unter anderem des Lotus-Effektes und der Gecko-Haftung durften die Schüler selbständig experimentieren. Sie beschichteten einen Objektträger mit einer Ruß-Schicht, sodass dieser den Lotuseffekt zeigte, erfuhren, dass die Größe der Oberfläche maßgeblich für die Reaktivität von Objekten ist und lernten viele weitere Anwendungen der Nanotechnologie aus dem Alltag und der Medizi–Kraft–Mikroskop im Gepäck mit dem sie ein kleines Stück einer CD abrasterten. Eine wunderbare Gelegenheit für die Schüler, so ein spezielles Mikroskop einmal live im Einsatz zu sehen und seine Funktionsweise zu verstehen. Nach dem Beobachten der Brown’schen Molekularbewegung im Kaffee unter dem Licht–Mikroskop konnten sie auch noch die „Vermessung von Nano-Teilchen mitverfolgen. Zum Abschluss erfuhren die Schüler Näheres über das Studium verschiedener naturwissenschaftlicher Berufe und erhielten einen kleinen Einblick in den Uni–Alltag — schon einmal eine Gelegenheit, sich ein bisschen über die zukünftigen Berufswünsche Gedanken zu machen. V. Kalmutzki

Teilnahme an Wettbewerben

Im Schuljahr 2011/12 haben Schüler(gruppen) zum Teil sehr erfolgreich mit physikalischen Themen an verschiedenen naturwissenschaftlichen Wettbewerben teilgenommen:

Aus der Wahlunterrichtsgruppe Jugend forscht/Schüler experimentieren – Physik haben sich heuer drei Teilnehmer bzw. Teams beim Regionalwettbewerb angemeldet:

Anna Matheis und Karin Sterler (beide 9b) sind der Frage nachgegangen, ob die sog. Mond- und Sonnenillusion auf einer reinen Sinnestäuschung beruht oder ob ihr ein messbares optisches Phänomen zugrunde liegt.

Tim Rügheimer (10b) hat mit modifizierten Spielzeug-Krabbel-Ameisen und -Asseln untersucht, inwieweit bei Rasenmäher- und Staubsaugrobotern Hindernisse, die Arbeitsbreite, die Form und die Größe der Arbeitsfläche oder künstliche Unterteilungen des Arbeitsbereiches die Flächenabdeckung beeinflussen.