Paradigmawechsel - Versionsgeschichte

Admin: /* Bondgraphen */

2006-11-29T18:09:33Z

Bondgraphen

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	*einzelne Modelle lassen sich problemlos in eine Hierarchie einbinden		*einzelne Modelle lassen sich problemlos in eine Hierarchie einbinden

	Leider sind die mechanischen Bonds verkehrt herum definiert worden. Ein [[Kraft]], also eine [[Impulsstrom\|Impulsstromstärke]], wird als [[Potenzial\|Potenzialgrösse]] ('''effort''') und die Geschwindigkeit als Stromstärke einer Menge ('''flow''') definiert. Auf der Stufe der konzentrierten Systeme fällt diese falsche Zuordnung nicht weiter auf, weil solche Strukturen auch dual modelliert werden können. Geht man aber zu räumlich verteilten Systemen über, muss für die [[~~Primärgrässe~~\|mengenartige Grösse]] eine [[Kontinuitätsgleichung]] formuliert werden können und der Gradient der Potenzialgrösse sollte eine Art "verallgemeinerte Kraft" darstellen.		Leider sind die mechanischen Bonds verkehrt herum definiert worden. Ein [[Kraft]], also eine [[Impulsstrom\|Impulsstromstärke]], wird als [[Potenzial\|Potenzialgrösse]] ('''effort''') und die Geschwindigkeit als Stromstärke einer Menge ('''flow''') definiert. Auf der Stufe der konzentrierten Systeme fällt diese falsche Zuordnung nicht weiter auf, weil solche Strukturen auch dual modelliert werden können. Geht man aber zu räumlich verteilten Systemen über, muss für die [[Primärgrösse\|mengenartige Grösse]] eine [[Kontinuitätsgleichung]] formuliert werden können und der Gradient der Potenzialgrösse sollte eine Art "verallgemeinerte Kraft" darstellen.

	===Mechatronik===		===Mechatronik===

Admin: /* technische Mechanik */

2006-11-29T18:08:10Z

technische Mechanik

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	Die [[technische Mechanik]], obwohl in Formalismus und Sprache noch ganz dem klassischen verpflichtet, hat als erste Disziplin die Bedeutung des Systemdenkens erkannt. Die Erfordernisse der Eisenbahntechnik haben im 19. Jahrhundert die Ingenieure dazu gezwungen, neue theoretische Ansätze zu entwickeln, um zum Beispiel Stahlbauten richtig dimensionieren zu können. Ausgehend von der Statik, in der ein komplexes System mit Hilfe des Schnittprinzips in mehr oder weniger elementare Bauteile zu zerlegen und dann ins Gleichgewicht zu setzen ist, werden auch sich bewegende Systeme in starre Körper aufgeschnitten, auf die an jeder Schnittstelle je ein Kraft- und ein Drehmomentenvektor einwirken kann.		Die [[technische Mechanik]], obwohl in Formalismus und Sprache noch ganz dem klassischen verpflichtet, hat als erste Disziplin die Bedeutung des Systemdenkens erkannt. Die Erfordernisse der Eisenbahntechnik haben im 19. Jahrhundert die Ingenieure dazu gezwungen, neue theoretische Ansätze zu entwickeln, um zum Beispiel Stahlbauten richtig dimensionieren zu können. Ausgehend von der Statik, in der ein komplexes System mit Hilfe des Schnittprinzips in mehr oder weniger elementare Bauteile zu zerlegen und dann ins Gleichgewicht zu setzen ist, werden auch sich bewegende Systeme in starre Körper aufgeschnitten, auf die an jeder Schnittstelle je ein Kraft- und ein Drehmomentenvektor einwirken kann.

	Eine interessantes Beispiel für den nicht vollzogenen Paradigmawechsel liefert der Begriff des Biege- und des Torsinsmomentes. Weil Impuls und Drehimpuls immer nur als Systemeigenschaften gesehen und sogar über den Bewegungszustand als solche definiert werden, wird der Transport dieser Grössen durch statische Strukturen nicht erkannt. Statt analog zur Netzweranalyse der Elektrizitätlehre die Knotensätze ([[~~Bilanzgleichungen~~\|Bilanzgleichungen]]) für die sechs Impuls- und Drehimpulskomponenten aufzustellen und mit Hilfe von konstitutiven Stromgesetzen auf statische Systeme anzuwenden, wird mit Hilfe von verschiebbaren Schnittflächen, den an Schnittufern gebundenen Kräften und Drehmomenten, sowie den Gleichgewichtsbedingungen der Teilsysteme und den Wechselwirkungsprinzip zwischen denselben ein grosser formaler Apparat aufgebaut, nur um die Stromstärke des Drehimpulsstromes korrekt darzustellen zu können. Wen wunderts, dass im Hinterkopf vieler praktisch tätigen Ingenieure die Vorstellung eines [[Kraftfluss\|Kraftflusses]] herumgeistert.		Eine interessantes Beispiel für den nicht vollzogenen Paradigmawechsel liefert der Begriff des Biege- und des Torsinsmomentes. Weil Impuls und Drehimpuls immer nur als Systemeigenschaften gesehen und sogar über den Bewegungszustand als solche definiert werden, wird der Transport dieser Grössen durch statische Strukturen nicht erkannt. Statt analog zur Netzweranalyse der Elektrizitätlehre die Knotensätze ([[Bilanz\|Bilanzgleichungen]]) für die sechs Impuls- und Drehimpulskomponenten aufzustellen und mit Hilfe von konstitutiven Stromgesetzen auf statische Systeme anzuwenden, wird mit Hilfe von verschiebbaren Schnittflächen, den an Schnittufern gebundenen Kräften und Drehmomenten, sowie den Gleichgewichtsbedingungen der Teilsysteme und den Wechselwirkungsprinzip zwischen denselben ein grosser formaler Apparat aufgebaut, nur um die Stromstärke des Drehimpulsstromes korrekt darzustellen zu können. Wen wunderts, dass im Hinterkopf vieler praktisch tätigen Ingenieure die Vorstellung eines [[Kraftfluss\|Kraftflusses]] herumgeistert.

	===Thermodynamik irreversibler Prozesse===		===Thermodynamik irreversibler Prozesse===

Admin: /* Begriff */

2006-09-24T11:07:51Z

Begriff

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	Der Ausdruck '''Paradigmawechsel''' stammt vom Wissenschaftstheoretiker Thomas Samuel Kuhn (18. Juli 1922 - 17. Juni 1996). In seinem Hauptwerk ''The Structure of Scientific revolutions'' beschreibt Kuhn die Wissenschaft als Wechselspiel zwischen Phasen normaler Forschung, die sich abwechseln mit wissenschaftlichen Revolutionen. Eine Revolution ist nach Kuhn stets mit einem Paradigmenwechsel verbunden. Paradigmen von Theorien, die durch eine Revolution getrennt sind, bezeichnet Kuhn als [[inkommensurabel]].		Der Ausdruck '''Paradigmawechsel''' stammt vom Wissenschaftstheoretiker Thomas Samuel Kuhn (18. Juli 1922 - 17. Juni 1996). In seinem Hauptwerk ''The Structure of Scientific revolutions'' beschreibt Kuhn die Wissenschaft als Wechselspiel zwischen Phasen normaler Forschung, die sich abwechseln mit wissenschaftlichen Revolutionen. Eine Revolution ist nach Kuhn stets mit einem Paradigmenwechsel verbunden. Paradigmen von Theorien, die durch eine Revolution getrennt sind, bezeichnet Kuhn als [[inkommensurabel]].

	Mit wissenschaftlichen Revolutionen verändern sich nach Kuhn nicht nur die Theorien sondern auch das allgemeine Weltbild und die wissenschaftliche Praxis. Dies führte dazu, dass Kuhn wiederholt davon spricht, dass es so ist, als würde sich nicht unsere Interpretation sondern die Welt selbst ändern. Ein Paradigma betrifft selbst die Wahrnehmung der Wissenschaftler. Vorläufer bezüglich dieser Behauptung sind Ludwik Fleck (Entstehung und Entwicklung einer wissenschaftlichen Tatsache) und Norwood Russell Hanson (Patterns of discovery). Aufgrund der kognitiven Dimension von Paradigmen vergleicht Kuhn Paradigmenwechsel mit ~~sogenannten~~ Gestaltwechseln, einem spontanen Wechsel der Wahrnehmung.		Mit wissenschaftlichen Revolutionen verändern sich nach Kuhn nicht nur die Theorien sondern auch das allgemeine Weltbild und die wissenschaftliche Praxis. Dies führte dazu, dass Kuhn wiederholt davon spricht, dass es so ist, als würde sich nicht unsere Interpretation sondern die Welt selbst ändern. Ein Paradigma betrifft selbst die Wahrnehmung der Wissenschaftler. Vorläufer bezüglich dieser Behauptung sind Ludwik Fleck (Entstehung und Entwicklung einer wissenschaftlichen Tatsache) und Norwood Russell Hanson (Patterns of discovery). Aufgrund der kognitiven Dimension von Paradigmen vergleicht Kuhn Paradigmenwechsel mit einem Gestaltwechseln, einem spontanen Wechsel der Wahrnehmung.

	==Paradigma des mechanischen Weltbildes==		==Paradigma des mechanischen Weltbildes==

Admin: /* Punktmechanik */

2006-09-24T11:06:19Z

Punktmechanik

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	==Paradigma des mechanischen Weltbildes==		==Paradigma des mechanischen Weltbildes==
	===Punktmechanik===		===Punktmechanik===
	Das Newtonsche Paradigma der Punktmechanik geht von einem absoluten Raum aus, in dem sich kleine Körper mit einer festen [[Masse]] unter der Wirkung von [[Kraft\|Kräften]] bewegen. Die Bewegung kann mit einer absoluten Zeit parametrisiert werden, die unabhängig vom Beobachter überall gleich schnell verläuft.		Das Newtonsche Paradigma der [[Punktmechanik]] geht von einem absoluten Raum aus, in dem sich kleine Körper mit einer festen [[Masse]] unter der Wirkung von [[Kraft\|Kräften]] bewegen. Die Bewegung kann mit einer absoluten Zeit parametrisiert werden, die unabhängig vom Beobachter überall gleich schnell verläuft.

	Kräfte sind Wechselwirkungen zwischen je zwei Körpern, die auf beide Körper gleich stark einwirken. Wirken mehrere Kräfte auf einen Körper ein, dürfen sie vektoriell zur resultierenden Kraft addiert werden. Die resultierende Kraft ist proportional zur Beschleunigung, wobei die Masse als Proportionalitätsfaktor genommen ~~werden darf~~.		Kräfte sind Wechselwirkungen zwischen je zwei Körpern, die auf beide Körper gleich stark einwirken. Wirken mehrere Kräfte auf einen Körper ein, dürfen sie vektoriell zur resultierenden Kraft addiert werden. Die resultierende Kraft ist proportional zur Beschleunigung, wobei die Masse als Proportionalitätsfaktor genommen wird.

	Die Punktmechanik ist bestens geeignet, um die Bewegung von Himmelskörpern zu beschreiben. In dieser Modellstruktur ist die Graviation die einzige in Betracht zu ziehende Wechselwirkung. Weil die Stärke der Gravitationskraft proportional zum Produkt der Masse der beiden Partner ist, kürzt sich die Masse des zu analysierenden Körpers heraus. Das ganze Modell des Punkhaufens lässt sich durch einen Satz Differnzialgleichungen zweiter Ordnung beschreiben		Die Punktmechanik ist bestens geeignet, um die Bewegung von Himmelskörpern zu beschreiben. In dieser Modellstruktur ist die Graviation die einzige in Betracht zu ziehende Wechselwirkung. Weil die Stärke der Gravitationskraft proportional zum Produkt der Masse der beiden Partner ist, kürzt sich die Masse des zu analysierenden Körpers heraus. Das ganze Modell des Punkhaufens lässt sich durch einen Satz Differnzialgleichungen zweiter Ordnung beschreiben

	<math>\ddot {\vec r}_{i} = \vec g_i</math>		<math>\ddot {\vec s}_{i} = \vec g_i</math>

	<math>\vec g_i = G \sum_{j}(\frac {m_j \vec s_{ij}}{s_{ij}^3})</math>		<math>\vec g_i = G \sum_{j}(\frac {m_j \vec s_{ij}}{s_{ij}^3})</math>

	Die Integration dieses Systems erlaubt nicht nur die frei Wahl eines ~~Bezugspunkt~~. Das Bezugssystem darf sich sogar gleichförmig zum absoluten Raum bewegen. Deshalb ist die Existenz eines absoluten Raumes keine Voraussetzung für die Anwendbarkeit der Punktmechanik. In der engeren Formulierung mit der Gravitation als einzige Wechselwirkung ist die Kraft ein Hilfsbegriff, der bei der Formulierung der Bewegungsgleichungen herausfällt.		Die Integration dieses Systems erlaubt nicht nur die frei Wahl eines Bezugspunktes im absoluten Raum. Das Bezugssystem darf sich sogar gleichförmig zum absoluten Raum bewegen. Deshalb ist die Existenz eines absoluten Raumes keine Voraussetzung für die Anwendbarkeit der Punktmechanik. In der engeren Formulierung mit der Gravitation als einzige Wechselwirkung ist die Kraft ein Hilfsbegriff, der bei der Formulierung der Bewegungsgleichungen herausfällt.

	===starrer Körper===		===starrer Körper===

Admin: /* Didaktik */

2006-08-27T18:26:58Z

Didaktik

← Nächstältere Version		Version vom 27. August 2006, 18:26 Uhr
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	===Didaktik===		===Didaktik===

			[[Kategorie:Basis]]

Admin: /* Mechatronik */

2006-08-24T19:52:11Z

Mechatronik

← Nächstältere Version		Version vom 24. August 2006, 19:52 Uhr
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	===Mechatronik===		===Mechatronik===
			Die Mechatronik beschreibt die funktionale und räumliche Integration von Komponenten aus den Bereichen Mechanik, Elektronik und Informationsverarbeitung. Weil die Systeme der Mechatronik durch das komplexe Zusammenwirken verschiedener physikalischer Phänomene charakterisiert sind, müssen die aus dem Komponentenentwurf bekannten Verfahren und Werkzeuge kombiniert und weiterentwickelt werden.

			Die heute weit verbreitete Methode, komplexe Systeme mit Hilfe von Simulink nachzubilden, ist mittelfristig keine Lösung: Simulink ist keine eigentliche Modellbildungssprache; die Abbildung physikalischer Wechselwirkungen auf Input-Output-Signalflüsse liefert keine treue Darstellung der Systeme; die Modellstrukturen werden in Simulink rasch unübersichtlich; Bilanzengleichungen, das Rückgrat aller physikalischen Modelle, können nicht direkt abgebildet werden.

			Für die Modellierung werden heute vermehrt Verfahren zur automatischen Modellgenerierung, Optimierungs- und Approximationsalgorithmen eingesetzt. Eine zentrale Rolle spielt dabei der Einsatz standardisierter Beschreibungsmittel wie VHDL-AMS oder Modelica. Die Tatsache, dass in beiden Sprachen die dynamischen Systeme über Fluss- und Potenzialgrössen miteinander verbunden werden, ist ein sicheres Zeichen dafür, dass die [[Physik der dynamischen Systeme]] eine tragfähige Basis für die Ausbildung junger Ingenieure zu liefern vermag.

	===Studiengang für Datenanalyse und Prozessdesign===		===Studiengang für Datenanalyse und Prozessdesign===

Admin: /* Bondgraphen */

2006-08-24T19:23:50Z

Bondgraphen

← Nächstältere Version		Version vom 24. August 2006, 19:23 Uhr
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	Die Modellierung mittels Bondgraphen erlaubt, technische Systeme, die elektrische, mechanische, hydraulische oder pneumatische Komponenten besitzen, in eine einheitliche, abstrakte Formensprache abzubilden. Ein mittels Bondgraphen abgebildetes System liefert die Grundlage für die rechnergestützte Simulation.		Die Modellierung mittels Bondgraphen erlaubt, technische Systeme, die elektrische, mechanische, hydraulische oder pneumatische Komponenten besitzen, in eine einheitliche, abstrakte Formensprache abzubilden. Ein mittels Bondgraphen abgebildetes System liefert die Grundlage für die rechnergestützte Simulation.

	[[Bild: ~~bondgraph~~.~~png~~\|thumb\|~~Bondgraph~~ eines ~~elektrischen Netzwerkes~~]]		[[Bild: Bondgraph.gif\|thumb\|Beispiel eines Bondgraphen]]
	Ein Bondgraph ist eine graphische Beschreibung eines dynamischen Systems. Die Bondgraphen-Technik basiert auf der Energiebetrachtung: ein Bondgraph zeigt den Energiefluss zwischen zwei Systemen. Die Modellierung mittels Bondgraphen hat gewisse Vorteile gegenüber der gängigen Modellierungsmethode mit Hilfe von Blockschaltbildern:		Ein Bondgraph ist eine graphische Beschreibung eines dynamischen Systems. Die Bondgraphen-Technik basiert auf der Energiebetrachtung: ein Bondgraph zeigt den Energiefluss zwischen zwei Systemen. Die Modellierung mittels Bondgraphen hat gewisse Vorteile gegenüber der gängigen Modellierungsmethode mit Hilfe von Blockschaltbildern:
	*Bondgraphen liefern eine ikonische Darstellung der Dynamik des Systems		*Bondgraphen liefern eine ikonische Darstellung der Dynamik des Systems

Admin: /* Bondgrafen */

2006-08-24T19:20:17Z

Bondgrafen

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 ===Thermodynamik irreversibler Prozesse===
-===Bondgrafen===
+===Bondgraphen===
 ===Mechatronik===

Admin: /* Studiengang für Datenanalyse und Prozessdesign */

2006-08-24T18:41:36Z

Studiengang für Datenanalyse und Prozessdesign

← Nächstältere Version		Version vom 24. August 2006, 18:41 Uhr
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	===Studiengang für Datenanalyse und Prozessdesign===		===Studiengang für Datenanalyse und Prozessdesign===
			Der Name Datenanalyse und Prozessdesign bezeichnet zwei Kernkompetenzen, die in diesem Studiengang erworben werden: Datenanalyse ist die Kunst, mittels Daten verborgene Zusammenhänge und Gesetzmässigkeiten aufzuspüren. Prozessdesign ist die Kunst, Abläufe und komplizierte Systeme mittels mathematischer und physikalischer Hilfsmittel zu verstehen und zu verbessern.

			Im Studiengang für Datenanalyse und Prozessdesign, der seine zweite Wurzeln neben der Datenanalyse in der Physik der dynamischen System hat, sind insgesamt über hundet Ingenieurinnen und Ingenieure ausgebildet worden. Diese Zahlen sind ein wichtiges Indiz für die Bedeutung der Physik der dynamischen Systeme als Basis für eine solide Ingenieurausbildung.

	==Paradigmawechsel==		==Paradigmawechsel==

Admin: /* technische Mechanik */

2006-08-24T16:43:25Z

technische Mechanik

← Nächstältere Version		Version vom 24. August 2006, 16:43 Uhr
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	===technische Mechanik===		===technische Mechanik===
			Die [[technische Mechanik]], obwohl in Formalismus und Sprache noch ganz dem klassischen verpflichtet, hat als erste Disziplin die Bedeutung des Systemdenkens erkannt. Die Erfordernisse der Eisenbahntechnik haben im 19. Jahrhundert die Ingenieure dazu gezwungen, neue theoretische Ansätze zu entwickeln, um zum Beispiel Stahlbauten richtig dimensionieren zu können. Ausgehend von der Statik, in der ein komplexes System mit Hilfe des Schnittprinzips in mehr oder weniger elementare Bauteile zu zerlegen und dann ins Gleichgewicht zu setzen ist, werden auch sich bewegende Systeme in starre Körper aufgeschnitten, auf die an jeder Schnittstelle je ein Kraft- und ein Drehmomentenvektor einwirken kann.

			Eine interessantes Beispiel für den nicht vollzogenen Paradigmawechsel liefert der Begriff des Biege- und des Torsinsmomentes. Weil Impuls und Drehimpuls immer nur als Systemeigenschaften gesehen und sogar über den Bewegungszustand als solche definiert werden, wird der Transport dieser Grössen durch statische Strukturen nicht erkannt. Statt analog zur Netzweranalyse der Elektrizitätlehre die Knotensätze ([[Bilanzgleichungen\|Bilanzgleichungen]]) für die sechs Impuls- und Drehimpulskomponenten aufzustellen und mit Hilfe von konstitutiven Stromgesetzen auf statische Systeme anzuwenden, wird mit Hilfe von verschiebbaren Schnittflächen, den an Schnittufern gebundenen Kräften und Drehmomenten, sowie den Gleichgewichtsbedingungen der Teilsysteme und den Wechselwirkungsprinzip zwischen denselben ein grosser formaler Apparat aufgebaut, nur um die Stromstärke des Drehimpulsstromes korrekt darzustellen zu können. Wen wunderts, dass im Hinterkopf vieler praktisch tätigen Ingenieure die Vorstellung eines [[Kraftfluss\|Kraftflusses]] herumgeistert.

	===Thermodynamik irreversibler Prozesse===		===Thermodynamik irreversibler Prozesse===