Systemphysik
Systemphysik ist ein kohärenter und technikaffiner Zugang zu den Grundgesetzen der Physik. Nach über 30 Jahren Entwicklungs- und Erprobungszeit liegt ein umfassender Kurs vor, der die Zusammenhänge erklärt und für die Studierenden erfahrbar macht. Dank geeigneter Software werden komplexe Vorgänge wie der Start einer Boeing 777 oder die Arbeitsweise eines Stirling-Motors von den Studierenden weitgehend selbständig analysiert, modelliert, parametrisiert und validiert. Ausgehend von der Bilanz von Masse, Volumen, elektrische Ladung, Impuls, Drehimpuls, Entropie und Stoffmenge können dynamische Systeme mit Hilfe der konstitutiven Gesetze (kapazitives, resistives und induktives Systemverhalten) umfassend beschrieben werden. Dazu kommt eine kohärente und konsistente Darstellung des Energiebegriffs. Die Systemphysik ist ein gewichtiges Modul im Studiengang Aviatik.
Kernidee
Die Kernideen der Systemphysik können am Beispiel der Hydrodynamik gut erklärt werden. Um die Dynamik von zwei kommunizierenden Gefässen nachzubilden, formuliert man zuerst die Volumenbilanz. Dann berechnet man aus dem Volumen über das kapazitive Gesetz den Überdruck am Boden und daraus die Druckdifferenz (Delta p). Diese Druckdirfferenz treibt den Volumenstrom (resistives Gesetz). Die Energiebilanz (rosa) kann optional als zweite Bilanzebene darauf gesetzt werden. Die systemdynamische Modellierungsmethode, welche den Lernprozess ab erstem Tag unterstützt, erlaubt das Aufstellen von Differentialgleichung, ohne diese explizit hinzuschreiben. Analoge Beispiele findet man in der Elektrodynamik (Kondensator entladen), in der Translationsmechanik (Autounfall, Rangierstoss) oder in der Rotationsmechanik (zwei Schwungräder).
Video
- Physik und Systemwissenschaft für Aviatik
- Systemphysik - eine Vision für den Physikunterricht im Jahr 20??
- Physik und Systemwissenschaft für Aviatik
- Einführung in die Systemphysik
- Systemphysik - Theorie, Lehre, Anwendung
- Systemphysik an der ZHAW
Die Systemphysik ist von Hans U. Fuchs und Werner Maurer am Technikum Winterthur (heute ZHAW) auf der Basis des Karlsruher Physikkurses für die Ingenieursausbildung entwickelt worden.