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× Die Beispielaufgaben sollten an einem PC bearbeitet werden.

Simulationswissenschaft – Annahmen treffen

In der Simulationswissenschaft müssen oftmals Aufgaben gelöst werden, bei denen viele Parameter nicht feststehen und Annahmen getroffen werden müssen. Das unten stehende Beispiel verdeutlicht, dass man für gewisse Problemstellungen eine Mischung aus Kreativität und fundiertem Wissen braucht.

Die Aufgabe wurde 2017 im Rahmen des jährlichen Schülerwettbewerbs „PlaNeT SimTech – Probleme lösen aus Naturwissenschaft und Technik“ gestellt. Nähere Informationen über den Wettbewerb und die unten vorgestellten Gewinnerbeiträge können auf der Webseite zum Wettbewerb eingesehen werden.


Das Quellen- und Literaturverzeichnis zu dieser Seite finden Sie hier.

Aufgabe 1 von 1

EINE MAUER IN SAN ESCOBAR

Lange Jahre war das Land San Escobar durch eine Mauer in der Mitte getrennt. In diesem Jahr konnte nun endlich die gemeinsame „República Popular Democrática de San Escobar“ ausgerufen werden. Im Rahmen einer großen Feierlichkeit auf dem Marktplatz in Santo Subito soll die Mauer nun an einer Stelle symbolisch durchbrochen werden.

Überlegen Sie, wie viele Mariachi-Bands gebraucht werden, um die Mauer zum Einsturz zu bringen.

Bei dieser Aufgabe gibt es keine richtige und keine falsche Antwort – es kommt auf die Annahmen und deren Begründungen an. Bei dem Wettbewerb „PlaNeT SimTech“ reichte die Anzahl der ermittelten Bands von 10 bis 398.108 – und alle Ergebnisse sind auf ihre Art „richtig“!

  • Wie viele Mitglieder hat eine Mariachi-Band?
  • Welche Instrumente gibt es und wie laut sind diese?
  • Wird die Mauer durch die reine Lautstärke durchbrochen?
  • Wie lang und breit und hoch ist die Mauer?
  • Aus welchem Material ist die Mauer?

Antwort: 10 Bands.

Es wird davon ausgegangen, dass die Mauer aus Legosteinen besteht. Weiterhin wird der Schalldruck der Musiker durch einen Parabolspiegel gezielt auf ein Mauersegment gebündelt.

Mit diesem Lösungsweg belegte das Team des Friedrich-Schiller-Gymnasiums in Fellbach im Rahmen des Schülerwettbewerbs „PlaNeT SimTech – Probleme lösen aus Naturwissenschaft und Technik“ 2017 den ersten Platz.

Antwort: 18.000 Bands.

Es werden die folgenden Teilfragen bearbeitet:

  1. Welche Beschaffenheit hat die Mauer, um damit ihre Eigenfrequenz bestimmen zu können?
  2. Welche Energie wird benötigt, um ein Mauersegment zerstören zu können?
  3. Welche Energie kann von einer Mariachi-Band aufgebracht werden?

Man geht davon aus, dass nur die Trompeten relevant sind, da nur diese eine passende Frequenz spielen können, um die Mauer durch Resonanz zum Einsturz zu bringen.

Mit diesem Lösungsweg belegte das Team des Hans und Sophie Scholl Gymnasiums in Ulm im Rahmen des Schülerwettbewerbs „PlaNeT SimTech – Probleme lösen aus Naturwissenschaft und Technik“ 2017 einen der beiden zweiten Plätze.

Antwort: 398.108 Bands.

Die Berechnung des Ergebnisses basiert auf der Überlegung, dass die Mauer durch die von den Musikern erzeugten Schallwellen in immer stärker werdende Schwingung versetzt wird, ähnlich einem Weinglas, das von einem Sänger „zersungen“ wird.

Erstens muss ermittelt werden, welche Töne von den Musikern gespielt werden müssen, um einen Einsturz herbeizuführen. Zweitens muss die Lautstärke ermittelt werden, die mindestens erreicht werden muss, um die Mauer kollabieren zu lassen.

Drittens ist die Anzahl der für eine solche Lautstärke benötigten Musiker zu berechnen, sodass letztlich auf die Anzahl der Bands geschlossen werden kann.

Mit diesem Lösungsweg belegte das Team des Gymnasiums Friedrich II. in Lorch im Rahmen des Schülerwettbewerbs „PlaNeT SimTech – Probleme lösen aus Naturwissenschaft und Technik“ 2017 einen der beiden zweiten Plätze.