Forum: Offtopic Warum sind Schwingungen so wichtig?


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von Zweistein (Gast)


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Moin,

im Ingenieursstudium behandeln wir Schwingungen. Wozu sind diese denn 
nun z.B. wichtig?

Schwingungen sind periodische Abläufe, die dabei helfen, auch Themen wie 
Wellen zu verstehen und dienen quasi als Grundvorraussetzung. Ich stelle 
mir das immer so vor:

Um die Elektrotechnik, oder Quantenmechanik, oder Feldtheorie... 
verstehen zu können, benötigt man fundiertes Wissen über Wellen. 
Schwingungen helfen dabei, Wellen zu verstehen. Die Thematik der 
Rotation hilft wiederum beim Verständnis der Schwingungen. Rotation kann 
man am besten mit der Dynamik beschreiben und verstehen, wohingegen die 
Dynamik nicht ohne die Kinematik zu verstehen ist. Wo wir bei den 
absoluten Basics der Physik und ganz am Anfang wären.

: Verschoben durch Moderator
von Stefan S. (chiefeinherjar)


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... Und deine Frage ist jetzt genau was...?

Wozu Schwingungen behandelt werden hast du ja erklärt.

von Wühlhase (Gast)


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Zweistein schrieb:
> im Ingenieursstudium behandeln wir Schwingungen. Wozu sind diese denn
> nun z.B. wichtig?

Weil Schwingungen eigentlich der Normalzustand in der Natur sind. 
Blitze, Schall, Vibration,...und speziell in der Elektrotechnik 
Wechselstrom in der Energieversorgung, Signalübertragung und 
-verarbeitung, und auch in der Regelungstechnik wird das gebraucht.
Und da ist selbst der gleichmäßig periodische Fall eine Seltenheit. 
Denke z.B. mal an einen Kurzschluß im Netz, plötzliche 
Sollwertänderungen einer x-beliebigen Regelung (vor allem wenn es um ein 
schwingungsfähiges System geht), oder die Verarbeitung akustischer 
Signale.

Ruhende, konstante Dinge sind selten und kommen eigentlich nur in der 
Theorie vor.

Übrigens haben auch Maschinenbauer und sogar Bauingenieure mit dem Kram 
genauso zu tun. In allen Maschinen, wo sich etwas bewegt, werden 
Schwingungen erzeugt. Motoren, Turbinen, aber auch z.B. Fahrgestelle, 
Antriebswellen, ...einfach alles.
Auch Hochhäuser und Brücken schwingen - oder eben nicht.

Und warum das wichtig ist, kann man hier wunderbar sehen:
https://www.youtube.com/watch?v=xcjv_vQJO7U

So etwas kann prinzipiell mit jedem schwingungsfähigem System geschehen 
- da ist es gut zu wissen was man tut, bevor man es tut.

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Zweistein schrieb:
> im Ingenieursstudium behandeln wir Schwingungen. Wozu sind diese denn
> nun z.B. wichtig?

Weil wir wahrscheinlich selbst nur aus Schwingungen bestehen.

von Jens G. (jensig)


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>Zweistein schrieb:
>> im Ingenieursstudium behandeln wir Schwingungen. Wozu sind diese denn
>> nun z.B. wichtig?

Ich glaube, dieses Studium ist nicht das richtige für Dich ...

von A. S. (achs)


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Gleichspannung ist langweilig (5V oder 12, oder 3.754 an einem 
Spannungsteiler).

Der Rest sind Schwingungen. Und selbst 50Hz zuweilen Hochfrequenz.

von Stefan H. (Firma: dm2sh) (stefan_helmert)


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Schau dir Resonanz und Wellenausbreitung (Brechung, Beugung, Reflexion, 
Impedanz) an, dann weißt du, warum Schwingungen so wichtig sind.

von Mani W. (e-doc)


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Zweistein schrieb:
> im Ingenieursstudium behandeln wir Schwingungen. Wozu sind diese denn
> nun z.B. wichtig?

Zum Erkennen von Schwurbeln...

Es wäre besser, Du würdest Donald Duck LTB studieren, da kommt
auch ein richtiger Ingenieur vor an dem Du Dir wirklich ein
Beispiel nehmen kannst...

https://www.lustiges-taschenbuch.de/entenhausen/charaktere/die-ducks/daniel-duesentrieb

von Joe G. (feinmechaniker) Benutzerseite


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Schwingungen auf die direkte Wortbedeutung wie mechanische S., 
elektrische S., akustische S. usw. zu reduzieren, greift zu kurz. Um das 
Problem der Schwingungen zu beleuchten sind Überlegungen zu
- diskreten oder kontinuierlichen Systemen
- Stabilitätsbetrachtungen
- linearen- oder nichtlinearen Systemen
- periodischen, harmonischen, stochastischen Systemen
- Systemen mit dem Freiheitsgrad von 1 oder größer 1
- Energiedissipation
notwendig. Die Beschäftigung mit dieser Bandbreite macht gerade den 
Ingenieur aus. Sollte es zumindest ;-)

von Pandur S. (jetztnicht)


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Dann kann man bei linearen Systemen sämtliche möglichen Signale aus 
Schwingungen zusammensetzen. und auch so rechnen

von Fpgakuechle K. (fpgakuechle) Benutzerseite


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Pandur S. schrieb:
> Dann kann man bei linearen Systemen sämtliche möglichen Signale aus
> Schwingungen zusammensetzen. und auch so rechnen

Das scheint mir in der Tat der Hauptgrund für den Fokus auf harmonisch 
schwingende systeme in der Technik zu sein - man kann für diese Systeme 
beschreibende Differentialgleichung einen harmonischen Ansatz 
x=C*e**(λt) vorgeben und analytische Lösungen ermitteln.

https://physik.leech.it/pub/Theo_A/Skripte/Harmonischer%20Oszillator%20&%20Schwingungen.pdf

Im Zeitalter des numerischen Lösens hat das seine alleinige Berechtigung 
verloren. Und das spätestens nach dem Pasta-Ulam-Experiment 1953.
https://en.wikipedia.org/wiki/Fermi%E2%80%93Pasta%E2%80%93Ulam%E2%80%93Tsingou_problem

von Pandur S. (jetztnicht)


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> Im Zeitalter des numerischen Lösens hat das seine alleinige Berechtigung
verloren.

Naja, ist halt schon ein Unterschied, ob man sich eine analytische 
Loesung vorstellen kann, oder immer eine Simulation laufen lasen muss.

von Fpgakuechle K. (fpgakuechle) Benutzerseite


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Pandur S. schrieb:
>> Im Zeitalter des numerischen Lösens hat das seine alleinige Berechtigung
> verloren.
>
> Naja, ist halt schon ein Unterschied, ob man sich eine analytische
> Loesung vorstellen kann, oder immer eine Simulation laufen lasen muss.

Najaja, die analytische Lösung beruht ja auch auf 
Vereinfachungen/Modellierungen (sinusförmig) wie auch die Simulation. 
Insofern ist das nicht unbedingt eine 'allgemeinere Lösung' sondern auch 
nur was spezielles.

Kann man auch gut an der Entwicklung der Stealthflugzeuge vom F-117 
(Erstflug: 1981) zur F-22 (1990)sehen. Bei ersterem konnte man nur 
Facettenflächen und dern Rückstrahlung berechnen und musste 
aerodynamisch ungünstige Formen wählen, während man bei B-2 (1989)und 
F-22 Computer hatte, beliebige Flächen computertechnisch auf Radareche 
zu optimieren.


https://de.wikipedia.org/wiki/Lockheed_Martin_F-22#/media/Datei:Raptor_F-22_27th.jpg

https://de.wikipedia.org/wiki/Lockheed_F-117#/media/Datei:Lockheed_F-117A_Nighthawk_USAF.jpg

von Joe G. (feinmechaniker) Benutzerseite


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Analytische Lösungen haben den großen Vorteil besser in unsere 
Vorstellungswelt zu passen. So fällt es uns leicht(er) etwas unter einem 
Eigenvektor, einer Eigenform oder einem Eigenwert vorzustellen. Mit Groß 
O von h^p+1 sieht es beim Runge-Kutta-Verfahren schon deutlich 
schlechter aus.

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