Chaotische Systeme. ViLab. Marian Panten
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- Margarete Berg
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1 Chaotische Systeme ViLab Marian Panten
2 Einleitung Geschichte Übersicht Merkmale und Eigenschaften Beispiele und Anwendungen Schluss 26. November = Marian Panten - Chaotische Systeme = - 2
3 Einleitung Chaosforschung seid 70er Jahre Motivation: Einfache Systeme zeigen zufälliges Verhalten praktische Anwendungen 26. November = Marian Panten - Chaotische Systeme = - 3
4 Einleitung Betrifft viele Wissenschaften Wirtschaftswissenschaften Gesellschaftswissenschaften Medizin Naturwissenschaften, etc. Wurde erst durch Computer wissenschaftsfähig 26. November = Marian Panten - Chaotische Systeme = - 4
5 Einleitung Geschichte Übersicht Merkmale und Eigenschaften Beispiele und Anwendungen Schluss 26. November = Marian Panten - Chaotische Systeme = - 5
6 Geschichte Pierre-Simon Laplace ( ) Mathematiker Wahrscheinlichkeitstheorie 26. November = Marian Panten - Chaotische Systeme = - 6
7 Geschichte Laplacescher Dämon Natur strickt deterministisch Berechenbarkeit aller Teilchen für alle Zeit Laplacescher Dämon ungenügend Informationen Wahrscheinlichkeitstheorie 26. November = Marian Panten - Chaotische Systeme = - 7
8 Geschichte Zusammenbruch Quantentheorie Chaostheorie Laplacescher Dämon 26. November = Marian Panten - Chaotische Systeme = - 8
9 Geschichte Jules Henri Poincaré ( ) Mathematiker 26. November = Marian Panten - Chaotische Systeme = - 9
10 Geschichte Ist unser Sonnensystem stabil? winzige Störeinflüsse in kritischen Situationen Aufschaukeln dieser Störungen Veränderung der Ellipsenbahn? Deterministisches Chaos Drei Planeten Modell: Die Planetenbahn einer sehr kleinen Masse kann durch das Anwesensein von zwei sehr großen Massen aus dem Gleichgewicht gebracht werden. 26. November = Marian Panten - Chaotische Systeme = - 10
11 Geschichte Edward Lorenz (1962) Meteorologe 26. November = Marian Panten - Chaotische Systeme = - 11
12 Geschichte Das chaotische Wetter Rundungen an Zwischenergebnissen durch Minimale Änderung der Anfangsbedingungen entsteht völlig neues Wetter dadurch werden langfristige Wettervorhersagen unmöglich Geburt der Chaosforschung betrifft nicht nur das Wetter viele weitere Forschungsgebiete 26. November = Marian Panten - Chaotische Systeme = - 12
13 Einleitung Geschichte Übersicht Merkmale und Eigenschaften Beispiele und Anwendungen Schluss 26. November = Marian Panten - Chaotische Systeme = - 13
14 Merkmale und Eigenschaften Bénard Zellen hydrodynamisches System Temperaturgefälle erzeugt rotierende Konvektionszellen 26. November = Marian Panten - Chaotische Systeme = - 14
15 Merkmale und Eigenschaften Lorenzwetter Zeitkontinuierliches System Vereinfachung mittels dreidimensionaler Differentialgleichungen Schmetterlingseffekt sensible Abhängigkeit von den Anfangsbedingungen? Unvorhersagbarkeit?X/?t = - s ( X Y )?Y/?t = rx Y XZ?Z/?t = XY - bz s, r : hydrodynamische Größen b : Geometrie des Systems X : Y / Z : Geschwindigkeitsprofil waagerechte/senkrechte Temperaturverteilung 26. November = Marian Panten - Chaotische Systeme = - 15
16 Merkmale und Eigenschaften Einführung Phasenraum ohne Reibung mit Reibung 26. November = Marian Panten - Chaotische Systeme = - 16
17 Merkmale und Eigenschaften Einführung Attraktoren - wo Systeme enden Fixpunkt Grenzzyklus Torus 26. November = Marian Panten - Chaotische Systeme = - 17
18 Merkmale und Eigenschaften Im chaotischen System benachbarte Anfangszustände divergieren exponentiell Zustände fallen zurück Chaos mischt Orbits des Phasenraums? Zufälliges Verhalten 26. November = Marian Panten - Chaotische Systeme = - 18
19 Merkmale und Eigenschaften seltsame/chaotische Attraktoren Lorenz - Attraktor parallele Orbits nur kurz benachbart Verstärkung von mikroskopischen Störungen Beeinflussung des makroskopischen Verhaltens Normales System Orbits bleiben beieinander Beschränkung der Fehler? Vorhersagbar 26. November = Marian Panten - Chaotische Systeme = - 19
20 Merkmale und Eigenschaften 26. November = Marian Panten - Chaotische Systeme = - 20
21 Einleitung Geschichte Übersicht Merkmale und Eigenschaften Beispiele und Anwendungen Schluss 26. November = Marian Panten - Chaotische Systeme = - 21
22 Beispiele und Anwendungen Magnet Pendel Attraktoren sind Fraktale 26. November = Marian Panten - Chaotische Systeme = - 22
23 Beispiele und Anwendungen Chaotische Doppelpendel Chaos durch Rückkopplung November = Marian Panten - Chaotische Systeme = - 23
24 Beispiele und Anwendungen Chaotischer Herzschlag Gesundes Herz Krankes Herz 26. November = Marian Panten - Chaotische Systeme = - 24
25 Beispiele und Anwendungen Weitere Beispiele Börsenkurse Gesellschaftliche Entwicklungen Geschichte Billard ohne Reibung Hyperion Ein Elektron am Rande des Universums kann die Billardkugeln so ablenken, dass ihre Bahn unvorhersagbar wird. Chaos auch beim Billard mit Reibung Und vieles mehr 26. November = Marian Panten - Chaotische Systeme = - 25
26 Einleitung Geschichte Übersicht Merkmale und Eigenschaften Beispiele und Anwendungen Schluss 26. November = Marian Panten - Chaotische Systeme = - 26
27 Schluss Chaotische Systeme zeigen stochastisches Verhalten, obwohl kein Zufall wirkt, sondern eine unbekannte Zahl nicht genau messbarer Kräfte. Dies liegt in der Natur dieser Systeme Ausbildung von chaotische Attraktoren? deterministisches Chaos? kleine Fehler haben große e Wirkung Unvorhersagbarkeit 26. November = Marian Panten - Chaotische Systeme = - 27
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