Teilchendetektor

Ziel der Aufgabe ist es, eine Apparatur zu entwerfen und zu bauen, mit deren Hilfe innerhalb von 3 Minuten drei verschiedene Sorten von Teilchen aus einem völlig durchmischten Ausgangsmaterial, bestehend aus Teilchen mit drei eindeutig unterscheidbaren Eigenschaften möglichst effizient getrennt werden können. 

Dabei sind folgende Regeln einzuhalten:

- Ein beliebiges drei-komponentiges Gemisch von Teilchen mit minimalen Abmessungen von 10mm (in mindestens einer Raumrichtung) soll in seine einzelnen Komponenten getrennt werden. Art, Form und Eigenschaften der Teilchen und auch die Sortiermechanismen sind frei wählbar. Das Ausgangsmaterial kann z.B. ein Gemisch aus Schrauben, Muttern und Nägeln, oder ein Gemisch aus Kreisen, Dreiecken und Vierecken sein. Es müssen drei eindeutig unterscheidbare Komponenten sein.

- Das Ausgangsmaterial muss zufällig und vollständig gemischt sein, und es ist vorteilhaft, verschiedene     Sortiermechanismen zu verwenden (also nicht z.B. zweimal "sieben"; siehe unten), die gleichzeitig oder     nacheinander ablaufen können. Wasser ist als Filter nicht zulässig.

- Die Gesamtzahl N aller Teilchen im Ausgangszustand ist festgelegt und beträgt N = 300, d.h., es müssen jeweils 100 Teilchen einer Komponente enthalten sein. Innerhalb von 3 Minuten soll das gesamte Ausgangsmaterial (nach Möglichkeit ohne Fremdeinwirkung) verarbeitet, und alle Komponenten möglichst effektiv getrennt werden, so dass sie am Ende möglichst sortenrein in drei verschiedenen Behältern vorliegen. Es darf aber auch nach dem ersten Sortiervorgang der "Rest" wieder "oben" (z.B. in eine 2.Öffnung) eingefüllt werden, oder ein zweiter Filter montiert / eingerichtet / eingestellt werden, und das Rest-Gemisch ein zweites Mal vollständig verarbeitet werden. Die Zeit wird nur während des reinen Sortiervorgangs gemessen.

- Bewertet wird nach der Formel: P = E(1) * E(2) * E(3) * S. Dabei bezeichnen (E1), E(2) und E(3) die Effizienz der jeweiligen Sortierung (in %) und S steht für die Anzahl der (verschiedenen) Sortiermechanismen. Die Effizienz bezeichnet den prozentualen Anteil der aussortierten Teilchen, bezogen auf die Gesamtzahl der Teilchen dieser Sorte vor der Sortierung. 

Beispiel: Die Apparatur enthält je 100 Schrauben, Muttern und Nägel, also insgesamt N = 300 Teilchen. Nach Ablauf der ersten Sortierung seien z.B. insgesamt 80 Schrauben erfolgreich (in einen dafür vorgesehenen Behälter) aussortiert worden (20 Schrauben wurden also nicht erfasst), dann ist entsprechend E(1) = 80%. Nach Ablauf des zweiten Sortiervorgangs (der auch gleichzeitig stattfinden kann) seien aus dem Restgemisch bestehend aus Muttern und Nägeln z.B. insgesamt 70 Muttern erfolgreich (in einen getrennten Behälter) aussortiert worden (30 Muttern wurden also nicht erfasst), so dass entsprechend E(2) = 70% ist. Mit dem zweiten Sortiervorgang wurden aber natürlich gleichzeitig auch die Nägel aussortiert (und in einem getrennten Behälter gesammelt), und hier seien z.B. 90 Nägel erfolgreich aussortiert worden (10 Nägel wurden nicht erfasst), so dass sich also E(3) = 90% ergibt. Wenn in beiden Sortierprozessen derselbe Sortiermechanismus verwendet wurde, dann ist S = 1, wenn aber zwei verschiedene Sortiermechanismen verwendet wurden, dann ist S = 2. Damit folgt dann für die Gesamtpunktzahl P = E(1) * E(2) * E(3) * S = 0,8 * 0,7 * 0,9 * 1 = 0,504. Beachte, dass sich mit zwei verschiedenen Sortiermechanismen die Punktzahl verdoppeln lässt! Die Gesamtpunktzahl entscheidet über die Reihenfolge der Platzierung. 

Bewertungskriterien sind:

• Gesamteffizienz der Sortierung, entsprechend der Gesamtpunktzahl. 
•  Besonders kreative Lösungen können mit Sonderpreisen ausgezeichnet werden.