Ausgewählte Maturaarbeiten der MINT Fachschaften

Autor: Valentino Gaber
Betreuer: T. Röthlisberger
Jahr: 2022/23
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Diese Arbeit handelt von den mathematischen und physikalischen Grundlagen und den Anwendungen der speziellen Relativitätstheorie. Es werden Phänomen wie Zeitdilatation, Längenkontraktion und relativistischer Doppler-Effekt behandelt und es wird eine Einleitung in die mathematischen Hintergrunde, wie 4er-Vektoren, Lorentz-Transformationen und Minkowski Diagramme gegeben. Aufgrund dieses Wissens wird eine Simulation erstellt zur Veranschaulichung der Effekte auf die visuelle Wahrnehmung von Objekten bei relativistischen Geschwindigkeiten. Zusammen mit dem Leser wird die Erstellung des Codes angeschaut und es wird ein Einblick in die numerischen Methoden, der im Code verwendeten Gleichungen gegeben. Man kommt zum Schluss, dass sich die Objekte noch spezieller verhalten, wie man aus den Gleichungen schlussfolgern würde. An Stelle von reinen Längenkontraktionen werden sogenannte Terrell Rotationen beobachtet.

Autor: Sven Bochmann
Betreuer: D. Stender
Jahr: 2022/23
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In dieser Arbeit wurde selbstständig eine Angelrute aus Bambus hergestellt. Bambus ist ein vielseitiges Material, das durch eine hohe Stabilität auszeichnet. Ausserdem wächst Bambus erstaunlich schnell und ist ein natürlicher Rohstoff. Die Nutzung von Bambus in möglichst vielen Bereichen stellt daher einen wichtigen Beitrag zur nachhaltigen Ressourcennutzung dar. Die gebaute Angelrute wurde physikalisch vermessen und mit anderen Angelruten, unter anderem aus Karbonfasern, verglichen. Es stellt sich heraus, dass eine Bambusrute vergleichbare Eigenschaften zu Angelruten aus anderen Materialien aufweist und somit eine sinnvolle Alternative für umweltbewusste Angler darstellt.

Autor: Polina Ebnöther
Betreuer: Urs Leisinger
Jahr: 2022/23
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The aim of this project was to create a vegan fried egg using molecular gastronomy. It was decided not to follow an existing recipe. Instead, the egg was created using only some basic knowledge. To this end, research had to be carried out before the actual production of the egg could begin. It was important to gain an overview of the theoretical part of molecular gastronomy: the structure of alginate, alginate gel and xanthan gum. This knowledge was needed to better understand the results of the experiments and to adapt the approach to achieve the desired result.

The egg yolk and white were produced separately and then combined to create the vegan fried egg. The yolk was produced using a reverse spherification technique, whereas a thickening technique was applied to produce the egg white.

Once the reverse spherification and thickening techniques had been mastered, the actual cooking process began. Both parts of the egg were produced and combined to produce the final result: a vegan fried egg.

Autorin: Lea Kovacevic
Betreuer: M. Zürcher
Jahr: 2022/23
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Das Ziel der Arbeit war es, den synthetischen Süssstoff Saccharin selbst im Schullabor herzustellen und zu analysieren sowie weitere Süssstoffe in Getränken nachzuweisen.

Die Herstellung von Saccharin gelang ausgehend von o-Toluolsulfonamid, das mit Kalium-permanganat oxidiert wurde. Das resultierende Benzoesäuresulfonamid zyklisierte in einer intramolekularen Kondensationsreaktion zu einem farblosen, kristallinen Feststoff. Die dünnschichtchromatografische Analyse bestätigte, dass es sich bei diesem Produkt um reines Saccharin handelte.

In weiteren Experimenten konnten Saccharin und Aspartam in verschiedenen Süssgetränken dünnschichtchromatografisch nachgewiesen werden.

Autor: Thierry Mathys
Betreuer: Heinrich Landis
Jahr: 2022/23
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The focus of this Matura paper was to synthesize and analyze adhesives.

During this project, different types of adhesives were synthesized, such as dispersion adhesives, all-purpose adhesives, hotmelt adhesives, and chemically curing adhesives. Commercially available adhesives, such as an all-purpose adhesive as well as a super glue, were also tested and then compared to the synthesized ones. To measure the adhesive force, the adhered parts were pulled apart with a 50 N dynamometer. The synthesized adhesives were also compared, and conclusions were drawn in combination with the written theory.

Autorin: Kathrin Odolo
Betreuer: M. Zürcher
Jahr: 2022/23
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The goal of this paper was to manufacture biopolymers in a school laboratory. Hence, three main procedures were developed.

In the first procedure a biopolymer was manufactured from corn-starch. This was achieved by mixing starch with acid whereby hydrolysis occurs, and the formerly branched polymer is transformed into linear polysaccharide chains. In the second procedure casein was produced. Casein is commonly known as milk protein and forms when milk is mixed with acid. In the third procedure galalith was manufactured. Galalith experienced great success in the early 20th century where it was used as a common substitute for ivory or to produce accessories. It is formed by crosslinking casein with formaldehyde.

Further experiments examined how the resulting galalith changes depending on the amounts of formaldehyde used for synthesis.

Autor: Ashley Taylor
Betreuer: Urs Leisinger
Jahr: 2022/23
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In this Matura paper the comparison and quality of reclaimed and non-reclaimed soil is discussed. The quality of these soils was compared to each other and to the soil parameters of commercially available potting soil and sand to establish reference values. The reclaimed and non-reclaimed soil samples were sourced from the grounds of the Kantonschule Zug. The process of reclaiming and improving the quality of the soil at the Kantonsschule Zug had been performed by the gardener Mathias Meienberg over the past two years, mainly by adding compost to the soil.

Autor: Melk Zimmermann
Betreuer: Urs Leisinger
Jahr: 2021/22
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Diese Arbeit beschäftigt sich mit der folgenden Fragestellung: Wie gut lassen sich die Gleichgewichtskonstanten K und kinetische Parameter aus den Zeitverläufen der Umwandlungsreaktionen zwischen Aspirin, Salicylsäure und Methylsalicylat abschätzen? In Reaktionsansätzen werden die Konzentrationen der verschiedenen Reaktanden im Verlauf der Zeit mittels Dünnschichtchromatographie und gegebenenfalls auch mit dem High Pressure Liquid Chromatograph bestimmt. Aus diesen Messdaten werden Geschwindigkeits- und Gleichgewichtskonstanten berechnet, indem der Reaktionsverlauf in einem Modell simuliert wird.

Autor: Janine Roshardt
Betreuer: Urs Leisinger
Jahr: 2020/21
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The goal of this study was to measure the concentration decline of the herbicide S-Metolachlor (SMOC) and its metabolites and to identify and possibly quantify the major factors determining their course of concentration. The pollutants were measured in a corn field in Arth near the lake of Zug for two months. A model describing leaching and degradation was developed, the results of which were compared to the measured values.

Autor: Lena Straub
Betreuer: Valeria Lobsiger
Jahr: 2022/23
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Lena Straub hat experimentell überprüft, ob sich Sauerteig als Dünger für Radieschen eignet. Dazu hielt sie Pflanzen in verschiedenen Töpfen, denen sie unterschiedliche Mengen an Sauerteig beigemischt hatte. Ihre Resultate weisen darauf hin, dass das geringe Beifügen von Sauerteig zur Erde zu durchschnittlich grösseren Radieschen führt.

Autor: Samuel Barmet
Betreuer: M. Kubba-von Jüchen
Jahr: 2023/24
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Es führt kein Weg daran vorbei: Vokabeln lernen gehört zum Alltag jeder Schülerin und jedes Schülers. Niemand macht es gerne, aber man muss durch. Daher stellt sich die Frage, wie sich Wortschatz mit möglichst wenig Zeitaufwand effizient und nachhaltig erweitern lässt.

Samuel Barmet hat in seiner Arbeit einen Vokabeltrainer programmiert, der auf die Bedürfnisse von Schülerinnen und Schülern zugeschnitten ist. Er hat sich dabei auf die Programmiersprache Python konzentriert.

Autorin: Kym Ackermann
Betreuer: M. Kubba-von Jüchen
Jahr: 2022/23
Link: Sudoku

Kym hat ein Programm geschrieben, dass Sudokus in verschiedenen Varianten erstellen und selbst lösen kann. Die Sudokus haben genau eine Lösung.

Autor: Georg Schäli
Betreuer: M. Kubba-von Jüchen
Jahr: 2022/23
Link: Code

Georg hat ein Programm geschrieben, welches mit Hilfe einer Kombination von KI und dem Minimax-Prinzip, das Kartenspiel Schieber (für 2 Spieler) spielt.

Autoren: Jason Seinige und Nils Wieders
Betreuer: M. Kubba-von Jüchen
Jahr: 2022/23
Link: Code

Nils & Jason haben sowohl ein Programm geschrieben, das Mühle spielen kann, als auch ein physisches Brett mit LED's gebaut, das vom Programm angesteuert wird, die Züge des Menschen erkennt und seine eigenen Züge mit LED's anzeigt.

Autor: Gian-Luca Held
Betreuer: F. Hürlimann
Jahr: 2022/23
Link: Smart Contract

Ist es möglich eine nicht vorhersehbare Zufallszahl in einem Smart-Contract zu generieren?

Glücksspiel basiert auf Zufällen. Diese Zufälle sollten nicht durch irgendeine Person oder ein System beeinflussbar sein. Doch wer garantiert einem Nutzer, dass dies in einem Online-Casino gewährleistet ist? Als normaler Kunde eines solchen Casinos kann dies nicht selbst überprüft werden. Hier bietet die Blockchain eine mögliche Lösung. Alles, was auf einer Blockchain geschieht, kann öffentlich eingesehen werden.

In meiner Arbeit habe ich einen eigenen Smart-Contract programmiert, welcher ein dezentrales Casino darstellt. Zentrales Element hierzu ist ein Konzept, welches garantiert nicht vorhersehbare Zufallszahlen generiert.

Autorin: Marguerite Rabil
Betreuer: F. Hürlimann
Jahr: 2022/23
Link: KanaKards

In dieser Arbeit wurde ein Lernprogramm in Form einer Web-App von Grund auf entwickelt. Die Arbeit befasst sich sowohl mit der Theorie des Webdesigns und dem Programmieren als auch mit der Wissenschaft des Lernens. Der Entwicklungsprozess der Web-App wird erläutert und sämtliche Designentscheide werden begründet.

Autor: Elis Jarosch
Betreuer: V. Dittli
Jahr: 2022/23

Ein altes Fahrrad in ein elektrisches Cargo Bike zu verwandeln, war die Idee dieser Arbeit. Dazu wurde der Stahlrahmen durch Stangen verlängert und mit einer Velogabel eines Kinderfahrrades erweitert. Zusätzlich musste ein indirekter Steuerungsmechanismus gebaut werden, da das Vorderrad nach vorne gesetzt wurde. Die Scheibenbremsen verhelfen dem schweren Gefährt zu einem kurzen Bremsweg und mit dem elektrischen Motor lassen sich auch schwere Güter trocken in der überdeckten Holzkiste von A nach B transportieren.