Virtuelle Physik: Moderne Modellierungstechnik und ihr Einsatz in der Computersimulation
Virtual Physics: Using Modern Modeling Methodologies for Computer Simulation

Modul IN2236

Dieses Modul wird durch Fakultät für Informatik bereitgestellt.

Diese Modulbeschreibung enthält neben den eigentlichen Beschreibungen der Inhalte, Lernergebnisse, Lehr- und Lernmethoden und Prüfungsformen auch Verweise auf die aktuellen Lehrveranstaltungen und Termine für die Modulprüfung in den jeweiligen Abschnitten.

Modulversion vom WS 2011/2

Von dieser Modulbeschreibung gibt es historische Versionen. Eine Modulbeschreibung ist immer so lange gültig, bis sie von einer neuen abgelöst wird.

verfügbare Modulversionen
SS 2015WS 2011/2

Basisdaten

IN2236 ist ein Semestermodul in Deutsch oder Englisch auf Master-Niveau das im Wintersemester angeboten wird.

Das Modul ist Bestandteil der folgenden Kataloge in den Studienangeboten der Physik.

  • Allgemeiner Katalog der nichtphysikalischen Wahlfächer
GesamtaufwandPräsenzveranstaltungenUmfang (ECTS)
120 h 45 h 4 CP

Inhalte, Lernergebnisse und Voraussetzungen

Inhalt

Die Entwicklung von Computerspielen, die Erstellung von Fahrzeugsimulatoren, die Regelung von Roboteranlagen oder die Optimierung von Flugzeugsystemen: All diese Anwendungen verlangen nach möglichst korrekten und effizienten Modellen ihrer physikalischen Prozesse. Diese Vorlesung bietet eine Einführung in die moderne Modellierungstechnik mit Hilfe objektorientierter, deklarativer Sprachen wie Modelica und erklärt deren Anwendung in der Computersimulation.

In der Vorlesung werden die physikalischen Grundlagen erklärt und dargelegt wie sich damit elektrische und mechanische Systeme modellieren lassen. Es wird der Aufbau von Modelbibliotheken erläutert und verschiedene Anwendungen in der Mechatronik demonstriert. Weitere Bereiche der Physik werden kurz angeschnitten.

Zusätzlich widmet sich ein begleitender Teil der Vorlesung den Methoden zur Computersimulation und erklärt die wichtigsten Algorithmen zur Modelverarbeitung sowie die wichtigsten Rechenverfahren zur Zeitintegration.

In den Übungen zur Vorlesung, können die Teilnehmer eine eigene mechanische Modelbibliothek erstellen sowie eine Echtzeitsimulation eines Elektrofahrzeugs entwickeln. Vorkenntnisse in der Physik, die über den Gymnasialstoff hinausgehen werden nicht erwartet, jedoch ist reges Interesse von Vorteil. Alle wichtigen Grundlagen werden in der Vorlesung erklärt.

Sprache: Die Vorlesungsunterlagen werden in Englisch zur Verfügung gestellt, die Unterrichtssprache (D/E) richtet sich nach dem Wunsch der Hörer und wird in der ersten Vorlesungsstunde festgelegt.

Lernergebnisse

Nach Teilnahme der Veranstaltung besitzen die Studenten die Fähigkeit zur gleichungsbasierten Modellierung von physikalischen Systemen.
Sie erwerben ein Verständnis für die dazugehörigen Computersprachen und Compilertechnik und können für die Simulation das passende Integrationsverfahren auswählen.

Voraussetzungen

Grundlagen Algebra, Grundlagen Numerik, Programmierkenntnisse, Grundlagen Physik (Gymnasialstoff)

Lehrveranstaltungen, Lern- und Lehrmethoden und Literaturhinweise

Lehrveranstaltungen und Termine

Lern- und Lehrmethoden

Vorlesung, Übung, Aufgaben zum Selbststudium

Medienformen

Folien (Skripttauglich), Wandtafel, Beispielmodelle oder Programme

Literatur

Peter Fritzson (2011):Introduction to Modelica and Simulation of Technical and Physical Systems with Modelica, Wiley IEEE
Peter Fritzson (2003):Principles of Object?Oriented Modeling and Simulation with Modelica 2.1, Wiley IEEE

Michael Tiller (2000):Introduction to Physical Modeling with Modelica, Springer

Modulprüfung

Beschreibung der Prüfungs- und Studienleistungen

Die Prüfungsleistung wird in Form einer Klausur erbracht. In dieser soll nachgewiesen werden, dass in begrenzter Zeit ein Problem erkannt wird und Wege zu einer Lösung gefunden werden können.

Kondensierte Materie

Wenn Atome sich zusammen tun, wird es interessant: Grundlagenforschung an Festkörperelementen, Nanostrukturen und neuen Materialien mit überraschenden Eigenschaften treffen auf innovative Anwendungen.

Kern-, Teilchen-, Astrophysik

Ziel der Forschung ist das Verständnis unserer Welt auf subatomarem Niveau, von den Atomkernen im Zentrum der Atome bis hin zu den elementarsten Bausteinen unserer Welt.

Biophysik

Biologische Systeme, vom Protein bis hin zu lebenden Zellen und deren Verbänden, gehorchen physikalischen Prinzipien. Unser Forschungsbereich Biophysik ist deutschlandweit einer der größten Zusammenschlüsse in diesem Bereich.