Car Crash - Versionsgeschichte

Thomas Rüegg: /* Dokumentation Ihrer Arbeit */

2010-11-15T13:45:23Z

Dokumentation Ihrer Arbeit

← Nächstältere Version		Version vom 15. November 2010, 13:45 Uhr
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	*die drei Theorie-Bilder (Flüssigkeitsbild, ...) inkl. Antworten auf die gestellten Fragen		*die drei Theorie-Bilder (Flüssigkeitsbild, ...) inkl. Antworten auf die gestellten Fragen
	*Modellergänzung für eine geneigte Bahn inkl. eine Simulation		*Modellergänzung für eine geneigte Bahn inkl. eine Simulation
	*~~Gedankliche~~ Übertragung des Laborexperiments in die reale Welt: 1 passendes Anwendungsbeispiel		*Evtl. gedankliche Übertragung des Laborexperiments in die reale Welt: 1 passendes Anwendungsbeispiel (vgl. Ansage der/des Sprachdoz.)

	Aufbau und Form des Berichtes, sowie Abgabetermin ebenfalls gemäss Vorgaben Ihrer/s Sprachdoz.		Aufbau und Form des Berichtes, sowie Abgabetermin ebenfalls gemäss Vorgaben Ihrer/s Sprachdoz.

Thomas Rüegg: /* Dokumentation Ihrer Arbeit */

2010-11-15T11:38:34Z

Dokumentation Ihrer Arbeit

← Nächstältere Version		Version vom 15. November 2010, 11:38 Uhr
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	*Gedankliche Übertragung des Laborexperiments in die reale Welt: 1 passendes Anwendungsbeispiel		*Gedankliche Übertragung des Laborexperiments in die reale Welt: 1 passendes Anwendungsbeispiel

	Aufbau und Form des Berichtes, sowie Abgabetermin ebenfalls gemäss Vorgaben Ihrer ~~Sprachdozentin~~.		Aufbau und Form des Berichtes, sowie Abgabetermin ebenfalls gemäss Vorgaben Ihrer/s Sprachdoz.

	[[Kategorie: UebAV]], [[Kategorie: Trans]]		[[Kategorie: UebAV]], [[Kategorie: Trans]]

Thomas Rüegg: /* Dokumentation Ihrer Arbeit */

2010-10-25T16:02:20Z

Dokumentation Ihrer Arbeit

← Nächstältere Version		Version vom 25. Oktober 2010, 16:02 Uhr
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	*Knappe Beschreibung des untersuchten Systems (Aufbauskizze, Ablauf der Bewegung und Parameter)		*Knappe Beschreibung des untersuchten Systems (Aufbauskizze, Ablauf der Bewegung und Parameter)
	*Flowchart des Modells		*Flowchart des Modells mit den für das Experiment passenden Parametern
⚫	*Simulationsresultate als beschriftete Diagramme
	*Messresultate als beschriftete Diagramme und mit Kurzbeschreibung		*Messresultate als beschriftete Diagramme und mit Kurzbeschreibung
	*Validierung: zu vergleichende Simulationen und Messungen im gleichen Diagramm, Aussage zur Validierung		*Validierung: zu vergleichende Simulationen und Messungen im gleichen Diagramm, Aussage zur Validierung, Begründung für Parameterabweichungen
		⚫	*Simulationsresultate als beschriftete Diagramme
	*die drei Theorie-Bilder (Flüssigkeitsbild, ...) inkl. Antworten auf die gestellten Fragen		*die drei Theorie-Bilder (Flüssigkeitsbild, ...) inkl. Antworten auf die gestellten Fragen
	*Modellergänzung für eine geneigte Bahn inkl. eine Simulation		*Modellergänzung für eine geneigte Bahn inkl. eine Simulation
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	Aufbau und Form des Berichtes, sowie Abgabetermin ebenfalls gemäss Vorgaben Ihrer Sprachdozentin.		Aufbau und Form des Berichtes, sowie Abgabetermin ebenfalls gemäss Vorgaben Ihrer Sprachdozentin.

	[[Kategorie: UebAV]], [[Trans]]		[[Kategorie: UebAV]], [[Kategorie: Trans]]

Thomas Rüegg am 25. Oktober 2010 um 07:22 Uhr

2010-10-25T07:22:04Z

← Nächstältere Version		Version vom 25. Oktober 2010, 07:22 Uhr
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	Aufbau und Form des Berichtes, sowie Abgabetermin ebenfalls gemäss Vorgaben Ihrer Sprachdozentin.		Aufbau und Form des Berichtes, sowie Abgabetermin ebenfalls gemäss Vorgaben Ihrer Sprachdozentin.

	[[Kategorie: UebAV, Trans]]		[[Kategorie: UebAV]], [[Trans]]

Thomas Rüegg: /* Dokumentation Ihrer Arbeit */

2010-10-25T07:19:24Z

Dokumentation Ihrer Arbeit

← Nächstältere Version		Version vom 25. Oktober 2010, 07:19 Uhr
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	Aufbau und Form des Berichtes, sowie Abgabetermin ebenfalls gemäss Vorgaben Ihrer Sprachdozentin.		Aufbau und Form des Berichtes, sowie Abgabetermin ebenfalls gemäss Vorgaben Ihrer Sprachdozentin.

	[[Kategorie: UebAV]]		[[Kategorie: UebAV, Trans]]

Thomas Rüegg: /* Dokumentation Ihrer Arbeit */

2010-10-25T07:16:08Z

Dokumentation Ihrer Arbeit

← Nächstältere Version		Version vom 25. Oktober 2010, 07:16 Uhr
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	Diese soll die physikalischen Teile gemäss folgender Liste enthalten. Welche sprachlichen Teile noch dazu kommen, erfahren Sie von Ihrer/m Sprachdozentin/en.		Diese soll die physikalischen Teile gemäss folgender Liste enthalten. Welche sprachlichen Teile noch dazu kommen, erfahren Sie von Ihrer/m Sprachdozentin/en.

	*Knappe Beschreibung des untersuchten Systems (Aufbauskizze und Parameter)		*Knappe Beschreibung des untersuchten Systems (Aufbauskizze, Ablauf der Bewegung und Parameter)
	*Flowchart des Modells		*Flowchart des Modells
	*Simulationsresultate als beschriftete Diagramme		*Simulationsresultate als beschriftete Diagramme
	*Messresultate als beschriftete Diagramme		*Messresultate als beschriftete Diagramme und mit Kurzbeschreibung
	*Validierung: zu vergleichende Simulationen und Messungen im gleichen Diagramm, Aussage zur Validierung		*Validierung: zu vergleichende Simulationen und Messungen im gleichen Diagramm, Aussage zur Validierung
	*die drei Theorie-Bilder (Flüssigkeitsbild, ...) inkl. Antworten auf die gestellten Fragen		*die drei Theorie-Bilder (Flüssigkeitsbild, ...) inkl. Antworten auf die gestellten Fragen
	*Modellergänzung für eine geneigte Bahn		*Modellergänzung für eine geneigte Bahn inkl. eine Simulation
	*Gedankliche Übertragung des Laborexperiments in die reale Welt: 1 passendes Anwendungsbeispiel		*Gedankliche Übertragung des Laborexperiments in die reale Welt: 1 passendes Anwendungsbeispiel

Thomas Rüegg: /* Mechanische Charakterisierung durch 3 Theorie-Bilder */

2010-10-25T07:12:56Z

Mechanische Charakterisierung durch 3 Theorie-Bilder

← Nächstältere Version		Version vom 25. Oktober 2010, 07:12 Uhr
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	==Mechanische Charakterisierung durch 3 Theorie-Bilder==		==Mechanische Charakterisierung durch 3 Theorie-Bilder==
	Anhand dieses Modells sollen auch drei Bilder der [[Physik der dynamischen Systeme]] erstellt werden. Wählen Sie dazu einen ~~bestimmten~~ Zeitpunkt im ~~Verhalten~~ ~~des komplexesten Ihrer Modelle aus~~ und skizzieren Sie dazu das		Anhand dieses Modells sollen auch drei Bilder der [[Physik der dynamischen Systeme]] erstellt werden. Wählen Sie dazu einen charakteristischen Zeitpunkt in Ihrem Experiment und skizzieren Sie dazu das
	*[[Flüssigkeitsbild]]		*[[Flüssigkeitsbild]]
	*[[Impulsstrombild]]		*[[Impulsstrombild]]
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	Beantworten Sie folgende Fragen in Ihren eigenen Worten und anhand dieser drei Bilder		Beantworten Sie folgende Fragen in Ihren eigenen Worten und anhand dieser drei Bilder
	*Wie hängen [[Kraft]] und [[Impulsstrom]] zusammen?		*Wie hängen [[Kraft]] und [[Impulsstrom]] zusammen?
			*Was sagen die Newton'schen Axiome aus, wenn Sie sie auf Ihr Experiment anwenden?
	*Welche Aussagen sind in den [[Newtonsche Axiome\|Newtonschen Axiomen]] enthalten?

	==Dokumentation Ihrer Arbeit==		==Dokumentation Ihrer Arbeit==

Thomas Rüegg: Die Seite wurde neu angelegt: Die Mechanik kennt neben der Energie zwei vektorwertige, bilanzierfähige Grössen, den Impuls und den Drehimpuls. Zerlegt man diese beid...

2010-10-25T07:06:44Z

Die Seite wurde neu angelegt: Die Mechanik kennt neben der Energie zwei vektorwertige, bilanzierfähige Grössen, den Impuls und den Drehimpuls. Zerlegt man diese beid...

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Die Mechanik kennt neben der [[Energie]] zwei vektorwertige, [[Primärgrösse|bilanzierfähige Grössen]], den [[Impuls]] und den [[Drehimpuls]]. Zerlegt man diese beiden Vektormengen bezüglich eines [[Koordinatensystem]]s, erhält man sechs nicht mischbare [[Menge|Komponenten]]. Dazu kommen noch die geometrischen Eigenschaften:
*lässt man einen Körper nacheinander um zwei zueinander schief stehende Achsen rotieren, hängt das Ergebnis von der Reihenfolge dieser beiden Bewegungen ab
*Verschiebung und Drehung hängen zusammen
*jeder Drehimpulstransport ist von Impulsströmen begleitet
*der Drehimpulsinhalt eines Objekts hängt mit der Verteilung des Impulses zusammen.
Für zusätzliche Verwirrung sorgt dann noch das [[Gravitationsfeld]], weil dessen Wirkung von der Bewegung des Beobachters abhängt.

Zum Glück sind nicht alle mechanischen Vorgänge so komplex. Viele Bewegungsabläufe in der Technik lassen sich in guter Näherung als eindimensionale Verschiebung modellieren. Dazu gehören einige typische [[Frontalcrash|Unfälle]] auf der Strasse, die [[ICN|Längsbewegungen von Schienenfahrzeugen]] oder das Einfedern des Fahrgestells beim Aufsetzen auf der Piste. Solche Bewegungen sollen nun modelliert und simuliert werden.

==Aufgabenstellung==
Das dynamische Verhalten von zwei bis drei Wagen oder Schlitten auf einer Rollbahn bzw. einer Linearführung ist zu modellieren, zu simulieren und zu messen. Dabei gehen Sie wie folgt vor:
#Vorbereitungsphase
##Bahn auswählen (zur Zeit stehen vier Rollbahnen und eine Linearführung zur Verfügung)
##Entscheid zwischen Stossprozess oder Schwingungsvorgang fällen
##System festlegen (physikalische Beschreibung des Vorgangs)
#System modellieren und simulieren und dabei die zugehörigen Parameter und Kennlinien festlegen
#System und Kraftgesetze messen
#Modell validieren
#System mechanisch charakterisieren mit 3 Bildern
#Energiebilanz auf einer zweiten Ebene modellieren
#Modell so erweitern, dass auch Bewegungen auf einer geneigten Bahn simuliert werden können (nur modellieren, nicht messen)

==System==
Ihre stossenden oder schwingenden Wagen sollen mit nichtlinearen Kraftelementen gekoppelt werden (also nicht einfache elastische Metallfedern, sondern Gummi- und Elastomerbänder, Reibungselementen, Dämpfer). Wahrscheinlich lohnt es sich, verschiedene Fälle auszuprobieren, bevor Sie sich auf eine Variante festlegen.

==Modellbildung==
Die [[Impulsbilanz]] bildet das Rückgrat der Modelle zur Translationsmechanik. Ergänzend ist dann noch der Ort der Wagen oder Schlitten zu berechnen. Dabei kann man jedem Objekt einen eigenen Ursprung zuordnen oder alle Positionen auf das gleiche [[Koordinatensystem]] beziehen. Die Energiebilanz bildet dann die zweite Ebene.

Der Zusammenhang zwischen [[Impuls]], [[Geschwindigkeit]] und [[Ort]] ist gegeben. Schraubenfedern verhalten sich linear-elastisch, d.h. sie haben eine lineare Kraft-Weg-Kennlinie. Die Kennlinie von Gummi- und Elastomerseilen ist dagegen nicht linear. Zudem tritt eine innere Reibung auf, die einen [[Coulombsche Reibung|Coulombschen]] und einen [[Viskoelastizität|viskoelastischen Anteil]] aufweist. Sich abstossende Magnete verhalten sich ebenfalls nichtlinear. Vielleicht finden Sie in der Literatur oder im Internet eine Funktion dazu. Stossdämpfer können als [[Blackbox]] mit Hilfe von Kennlinien oder bei bekanntem Aufbau als [[Whitebox]] modelliert werden. Die Reibung zwischen Wagen und Bahn sowie der Luftwiderstand sind adäquat nachzubilden.

==Simulation==
In erster Linie sind die Daten zu simulieren, die auch gemessen werden können. Berechnete und gemessene Daten sind im gleichen Diagramm darzustellen.

Die Anpassung der Simulation an die Messung erfolgt auf zwei Ebenen, die klar gegeneinander abzugrenzen sind
#[[Parameter]] und [[Kennlinien]] beschreiben das generelle Verhalten der einzelnen Elemente. Diese Grössen sollten, sobald sie einmal angepasst worden sind, von Simulationslauf zu Simulationslauf nicht mehr verändert werden. Typische Vertreter solcher Systemeigenschaften sind die Federkonstante und die Federkennlinie.
#Anfangsbedingungen wie Startort und Anfangsgeschwindigkeit können sich von Versuch zu Versuch ändern und sind bei jeder Simulation neu zu setzen. Anfangsbedingungen hängen mit den Startwerten in den "Töpfen" von Berkeley-Madonna zusammen (jeder Topf symbolisiert eine Zustansgrösse; zu jeder Zustandsgrösse gehört ein Startwert).

Die Simulation ermöglicht auch die Darstellung von nicht direkt messbaren Grössen, wie [[Prozessleistung]], [[zugeordneter Energiestrom]], Impulsaustausch zwischen Wagen und Bahn ([[Gleitreibung]]) oder [[Luftwiderstand]]. Zur Kontrolle können Eingabegrössen wie etwa eine Federkennlinie dargestellt werden. Das Verhalten dynamischer Syteme lässt sich auch im [[Phasenraum]] darstellen.

==Experiment==
Das Datenerfassungs-System Labpro von Vernier (Logger, Sensoren und Software), das hier verwendet wird, erlaubt die Messung der Beschleunigungen (5 g und 25 g), der Impulsströme (bis 50 N) und des Ortes (Ultraschall-Sensor oder Rotary Motion).

Einiges Zubehör, mit dem Sie die vorgegebenen Kopplungen zwischen den Stoss- bzw. Schwingungspartnern ergänzen können, ist schon vorhanden. Falls Sie Ideen für weitere Ergänzungen haben, überlegen Sie, wie diese realisiert werden können. Solche Beiträge sind sehr erwünscht.

Führen Sie nun einen Stoss- oder Schwingungsprozess durch und erfassen Sie die Messdaten. Überlegen Sie, wie Sie allfällige Messprobleme (Drift von Sensoren) lösen. Messen Sie auch die zusätzlichen Parameter (Reibung, Kraft-Weg-Gesetze).

==Validierung==
Wählen Sie eine geeignete Messung aus und validieren Sie Ihr Modell damit. Zeigen Sie die Übereinstimmung von Modellsimulation und Experiment in einem Diagramm und erklären Sie die Abweichungen falls möglich.

==Mechanische Charakterisierung durch 3 Theorie-Bilder==
Anhand dieses Modells sollen auch drei Bilder der [[Physik der dynamischen Systeme]] erstellt werden. Wählen Sie dazu einen bestimmten Zeitpunkt im Verhalten des komplexesten Ihrer Modelle aus und skizzieren Sie dazu das
*[[Flüssigkeitsbild]]
*[[Impulsstrombild]]
*[[freischneiden|Schnittbild]] (free body diagramm)
Beantworten Sie folgende Fragen in Ihren eigenen Worten und anhand dieser drei Bilder
*Wie hängen [[Kraft]] und [[Impulsstrom]] zusammen?
*Welche Aussagen sind in den [[Newtonsche Axiome|Newtonschen Axiomen]] enthalten?

==Dokumentation Ihrer Arbeit==
Diese soll die physikalischen Teile gemäss folgender Liste enthalten. Welche sprachlichen Teile noch dazu kommen, erfahren Sie von Ihrer/m Sprachdozentin/en.

*Knappe Beschreibung des untersuchten Systems (Aufbauskizze und Parameter)
*Flowchart des Modells
*Simulationsresultate als beschriftete Diagramme
*Messresultate als beschriftete Diagramme
*Validierung: zu vergleichende Simulationen und Messungen im gleichen Diagramm, Aussage zur Validierung
*die drei Theorie-Bilder (Flüssigkeitsbild, ...) inkl. Antworten auf die gestellten Fragen
*Modellergänzung für eine geneigte Bahn
*Gedankliche Übertragung des Laborexperiments in die reale Welt: 1 passendes Anwendungsbeispiel

Aufbau und Form des Berichtes, sowie Abgabetermin ebenfalls gemäss Vorgaben Ihrer Sprachdozentin.

[[Kategorie: UebAV]]