Jugend forscht
Eigentlich sollten sich alle Jugendlichen mit Energiefragen beschäftigen, wenn es nach den Juroren geht. Wenn man dann aber ein Thema hat wie Energie aus Fluglärm, ist das Thema nun wieder bei weitem zu heikel, als dass man es ernsthaft prämieren würde. Dabei brachte dieses Projekt aus der vorigen Saison immerhin zutage, wie man aus Schallmessungen auf die abgestrahlte Schallleistung eines Jets schließen kann und dass bei ziemlich gesundheitsgefährdenden Schallpegeln, die involvierte winzige Energie dann zumindest sichtbar gemacht werden kann. Sie reichte gerade mal aus, um eine Diode zum Leuchten zu bringen, aber immerhin kann das für ein elektronisches Gerät ein ernstzunehmender Energiebeitrag sein.
Um Schallerzeugung geht es auch bei dem neuen Projekt. Manche Bauteile führen ja winzige Schwingungen aus, die durchaus auch im hörbaren Bereich liegen können, aber deren Intensität so gering ist, dass man sie mit dem Ohr nicht wahrnehmen kann. Mit einem Mikroskop zum Beispiel kann man solche Schwingungen in ein optisches Wechselsignal übersetzen, dass sich elektronisch verstärken lässt und wieder in das Bauteil einkoppeln, so dass sich der Effekt verstärkt und wird so zu einem Musikinstrument.
Moderne CAD Programme können solche Eigenfrequenzen berechnen, aber ein praktisches Prüfverfahren ist dem immer überlegen und gibt verlässlichere Werte. Als Faustregel kann man sich merken, dass je dicker und kürzer ein Bauteil ist, seine Eigenfrequenz desto höher liegt. Natürlich spielen auch Materialeigenschaften eine Rolle, die sich im Elastizitätsmodul ausdrücken. Je höher dieser ist, desto steifer ist ein Material und führt ebenfalls zu einer Erhöhung der Eigenfrequenz. Im einfachsten Fall kann man Glas verwenden und seine Transmissionseigenschaften nutzen. Glas als eine erstarrte Schmelze hat keine idealen elastischen Eigenschaften, aber um die Sache erst einmal prinzipiell zu untersuchen, ist es ausreichend. Jeder kennt vielleicht den feinen Klang von Glasglöckchen an einem Weihnachtsbaum.
Wir würden gern unter den Weihnachtsbaum eine kleine Apparatur legen, die diesen Klang von Glas noch besser hörbar macht, weil er elektronisch verstärkt wird. Auch bei uns erfolgt eine Rückkopplung des akustischen Signals in den Glaskörper und so kann aus einem Tönchen ein anhaltender Laut werden, der für eine Messung verwendet werden kann.
Muss man sich da verbiegen und einen Bezug zur Energieproblematik herstellen? Man weiß ja, dass bei Turbinen die Schwingungsproblematik eine große Rolle spielt und letztlich über die Lebensdauer entscheidet. Je mehr Geräusche diese macht, desto mehr Bauteile befinden sich in Schwingung und die führen zur Materialermüdung und letztendlich zum Ausfall. Die optische Messung eröffnet also auch hier ein Feld, das tatsächlich etwas mit der Energieerzeugung zu tun hat und trägt zur technischen Perfektionierung von Konstruktionen bei.
Es ist erfreulich, dass sich immer noch eine, wenn auch fast verschwindende, Anzahl von Schülern solchen technischen Problemstellungen widmet und man kann sich nur wünschen, dass das auch den notwendigen Rückenwind findet.
C.R. im Waltersdorfe 9.11.2013