Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Das Gedächtnis von Arbeitslosigkeit und Hochwasser berechnen

08.09.2008
Professur Komplexe Systeme und Nichtlineare Dynamik der TU Chemnitz erforscht und erklärt Systeme, die auf weit zurückliegende Ereignisse reagieren - zahlreiche Anknüpfungspunkte für fächerübergreifende Forschung

Was haben Magnete, Formgedächtnislegierungen, die Arbeitslosigkeit und das Elbehochwasser gemeinsam? Die Ausdehnung von Formgedächtnislegierungen reagiert ähnlich auf Temperaturveränderungen wie die Arbeitslosenquote einer Ökonomie auf Wechselkursschwankungen; die Magnetisierung vieler Materialien wird durch Änderung äußerer Felder ähnlich beeinflusst, wie der Wasserstand der Elbe durch die zeitliche Abfolge von Niederschlagsmengen.

"Gemeinsam haben alle diese Systeme eine komplexe Form der Hysterese", fasst Prof. Dr. Günter Radons, Inhaber der Professur Komplexe Systeme und Nichtlineare Dynamik der TU Chemnitz, zusammen. Eine konkrete Konsequenz des hysteretischen Verhaltens besteht darin, dass fast beliebig lange zurückliegende Extremereignisse die aktuelle Reaktion des Systems immer noch beeinflussen. Das heißt etwa für die Hochwasservorhersage, dass man aus der aktuellen Regenmenge keine quantitative Prognose zum Wasserstand machen kann. Vielmehr haben möglicherweise lange vergangene, extrem trockene, genauso wie extrem feuchte Perioden starken Einfluss auf den aktuellen Pegel. Hysteretische Systeme zeichnen sich also durch ein äußerst langes Gedächtnis aus.

"Im Jahr 2001 bin ich durch eine Anfrage des Fraunhofer-Instituts für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU auf das Thema Hysterese aufmerksam geworden", erzählt Radons und ergänzt: "Bisher wurde Hysterese entweder sehr systemspezifisch erforscht, etwa welche Ursache sie bei Magneten hat und wie sie modelliert werden kann, oder es wurden bestimmte mathematische Aspekte der Modelle behandelt. Mit der grundsätzlichen Frage, wie sich Systeme mit hysteretischen Elementen dynamisch verhalten, hat sich noch kaum jemand beschäftigt."

Da die nichtlineare Dynamik einen Schwerpunkt seiner Professur ausmacht, fand Radons genau hier den Anknüpfungspunkt für lohnenswerte Forschung. "Viele Leute interessieren sich für die Fragestellung, trotzdem gibt es bisher nur eine Forschergruppe in Irland, die sich mit diesem anspruchsvollen Problem beschäftigt, allerdings unter speziellen mathematischen Gesichtspunkten", so Radons, der das Thema deshalb an seiner Professur aufgriff, wo unter anderem mehrere Diplom-, Bachelor- und Masterarbeiten dazu entstanden. "In Bachelorarbeiten beispielsweise können kleine Teilaufgaben bearbeitet werden und aus den dabei gewonnenen Ergebnissen lässt sich dann ableiten, ob es sich lohnt, den Aspekt weiter zu verfolgen", so Radons.

Untersucht haben die Wissenschaftler das weitest verbreitete und einfachste Modell zur Beschreibung von Hysterese - das so genannte Preisach-Modell. "Von Ingenieuren wird dieses Modell gerne angewendet, aber Physiker haben sich in der Grundlagenforschung noch kaum damit beschäftigt", so Radons. Mit zahlreichen Rechnungen sind die theoretischen Physiker der TU Chemnitz deshalb dem Modell auf den Grund gegangen und können jetzt Erklärungen für bisher nicht verstandene Phänomene liefern. "Uns ist erstmals eine sehr allgemeine quantitative Erfassung und Erklärung des Gedächtniseffektes von hysteretischen Systemen gelungen", berichtet Radons.

Die Ergebnisse der Forschung wurden in der Physikzeitschrift "Physical Review Letters" (Phys. Rev. Lett. 100, 240602 (2008)) veröffentlicht. "Physical Review Letters ist das international renommierteste und meist gelesene Journal in der Physik, es ist eine hohe Auszeichnung, wenn man sein Forschungsthema dort platzieren kann", schätzt Radons ein. Arbeiten, die hier publiziert werden, seien für viele Disziplinen interessant und richtungsweisend für weiterführende Forschung, so der TU-Wissenschaftler.

Relevant seien seine Ergebnisse zum Beispiel für andere Physiker - etwa bei der Bestimmung des Verhaltens von nanomagnetischen Materialien -, für Chemiker - unter anderem zur Erklärung bisher nicht verstandener Abläufe in der Katalyse -, für Ingenieure - beispielsweise bei der Auslösung von Umformprozessen -, aber auch für Wirtschaftswissenschaftler und Mathematiker. "Wir haben grundlegende Erkenntnisse gewonnen, die in unterschiedlichen Systemen verschiedene Konsequenzen haben", so Radons. Diese Konsequenzen systemspezifisch zu ergründen, ist nun Aufgabe weiterführender Forschung. "Meine Hoffnung ist, dass sich an der TU Chemnitz interessierte Professoren unterschiedlicher Disziplinen finden, sodass wir eine fakultätsübergreifende Forschergruppe aufbauen können", schaut Radons in die Zukunft.

Weitere Informationen erteilt
Prof. Dr. Günter Radons,
Telefon 0371 531-21870, E-Mail radons@physik.tu-chemnitz.de.
Weitere Informationen:
http://link.aps.org/abstract/PRL/v100/e240602 - der Artikel in den "Physikal Review Letters"

Katharina Thehos | idw
Weitere Informationen:
http://www.tu-chemnitz.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht VLT macht den präzisesten Test von Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie außerhalb der Milchstraße
22.06.2018 | ESO Science Outreach Network - Haus der Astronomie

nachricht Neue Phänomene im magnetischen Nanokosmos
22.06.2018 | Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Leichter abheben: Fraunhofer LBF entwickelt Flugzeugrad aus Faser-Kunststoff-Verbund

Noch mehr Reichweite oder noch mehr Nutzlast - das wünschen sich Fluggesellschaften für ihre Flugzeuge. Wegen ihrer hohen spezifischen Steifigkeiten und Festigkeiten kommen daher zunehmend leichte Faser-Kunststoff-Verbunde zum Einsatz. Bei Rümpfen oder Tragflächen sind permanent Innovationen in diese Richtung zu beobachten. Um dieses Innovationsfeld auch für Flugzeugräder zu erschließen, hat das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF jetzt ein neues EU-Forschungsvorhaben gestartet. Ziel ist die Entwicklung eines ersten CFK-Bugrads für einen Airbus A320. Dabei wollen die Forscher ein Leichtbaupotential von bis zu 40 Prozent aufzeigen.

Faser-Kunststoff-Verbunde sind in der Luftfahrt bei zahlreichen Bauteilen bereits das Material der Wahl. So liegt beim Airbus A380 der Anteil an...

Im Focus: IT-Sicherheit beim autonomen Fahren

FH St. Pölten entwickelt neue Methode für sicheren Informationsaustausch zwischen Fahrzeugen mittels Funkdaten

Neue technische Errungenschaften wie das Internet der Dinge oder die direkte drahtlose Kommunikation zwischen Objekten erhöhen den Bedarf an effizienter...

Im Focus: Innovative Handprothesensteuerung besteht Alltagstest

Selbstlernende Steuerung für Handprothesen entwickelt. Neues Verfahren lässt Patienten natürlichere Bewegungen gleichzeitig in zwei Achsen durchführen. Forscher der Universitätsmedizin Göttingen (UMG) veröffentlichen Studie im Wissenschaftsmagazin „Science Robotics“ vom 20. Juni 2018.

Motorisierte Handprothesen sind mittlerweile Stand der Technik bei der Versorgung von Amputationen an der oberen Extremität. Bislang erlauben sie allerdings...

Im Focus: Temperaturgesteuerte Faser-Lichtquelle mit flüssigem Kern

Die moderne medizinische Bildgebung und neue spektroskopische Verfahren benötigen faserbasierte Lichtquellen, die breitbandiges Laserlicht im nahen und mittleren Infrarotbereich erzeugen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien Jena (Leibniz-IPHT) zeigen in einer aktuellen Veröffentlichung im renommierten Fachblatt Optica, dass sie die optischen Eigenschaften flüssigkeitsgefüllter Fasern und damit die Bandbreite des Laserlichts gezielt über die Umgebungstemperatur steuern können.

Das Besondere an den untersuchten Fasern ist ihr Kern. Er ist mit Kohlenstoffdisulfid gefüllt - einer flüssigen chemischen Verbindung mit hoher optischer...

Im Focus: Temperature-controlled fiber-optic light source with liquid core

In a recent publication in the renowned journal Optica, scientists of Leibniz-Institute of Photonic Technology (Leibniz IPHT) in Jena showed that they can accurately control the optical properties of liquid-core fiber lasers and therefore their spectral band width by temperature and pressure tuning.

Already last year, the researchers provided experimental proof of a new dynamic of hybrid solitons– temporally and spectrally stationary light waves resulting...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Leben im Plastikzeitalter: Wie ist ein nachhaltiger Umgang mit Plastik möglich?

21.06.2018 | Veranstaltungen

Kongress BIO-raffiniert X – Neue Wege in der Nutzung biogener Rohstoffe?

21.06.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen im August 2018

20.06.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Leichter abheben: Fraunhofer LBF entwickelt Flugzeugrad aus Faser-Kunststoff-Verbund

22.06.2018 | Materialwissenschaften

Lernen und gleichzeitig Gutes tun? Baufritz macht‘s möglich!

22.06.2018 | Unternehmensmeldung

GFOS und skip Institut entwickeln gemeinsam Prototyp für Augmented Reality App für die Produktion

22.06.2018 | Unternehmensmeldung

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics