Physik und Systemwissenschaft in Aviatik

Lernziele

Die Studierenden

• entwickeln eine persönliche und reflektierte Arbeitstechnik.
• können Ihre Ergebnisse mündlich und schriftlich zielgruppengerecht präsentieren.
• kennen die Grundprinzipien der Physik der dynamischen Systeme und können diese auf Fragestellungen aus der Luftfahrt anwenden.
• beherrschen die System Dynamics systemdynamische Modellbildung und Simulation.
• können komplexe Fragestellungen analysieren und in ein dynamisches Modell umsetzen.
• kennen die naturwissenschaftlich-technische Grundlagen der Flugdynamik.

Lerninhalte

• Hydrodynamik: Volumenbilanz, Prozesse und Energie, resistive, kapazitive und induktive Glieder;
• Elektrodynamik: Strom, Spannung, Prozessleistung, lineare Glieder;
• Translationsmechanik: Impulsbilanz, Kinematik, Energie, Gravitation, Schnittstelle zur technischen Mechanik;
• Offene Systeme: Energie- und Impulsbilanz, instationäre Prozesse;
• Rotationsmechanik: Drehimpulsbilanz, Rotation um eine Achse, starre Körper in der Ebene;
• Thermodynamik: Entropie- und Energiebilanz, thermische Prozesse, TD homogener Systeme, Wärmetransport;
• Persönliche Arbeitstechnik, Anwendung bestimmter Textsorten, Präsentationstechnik.

Modellbildung

Modellbildung und Simulation bilden einen Schwerpunkt im Fach Physik und Systemwissenschaft. In der ersten Phase lernen die Studierenden anhand kleiner Beispiele aus den Gebieten Hydrodynamik und Elektrodynamik die Technik der systemdynamischen Modellierung. Danach wird ein grösseres Beispiel aus der Translationsmechanik modelliert und simuliert. Im zweiten Semester befassen sich die Studierenden in Dreiergruppen mit einem grossen Modell, wobei jede Jahr ein neues Projekt gestartet wird.

Gliederung

Der Kurs Physik und Systemwissenschaft in Aviatik umfasst zwei Semester zu vierzehn Wochen und gliedert sich in zwei Lektionen Vorlesung, zwei Lektionen Übungen, zwei Lektionen Modellbildung sowie zwei Lektionen Arbeits- und Präsentationstechnik. Die Studierenden haben neben den Präsenzveranstaltungen (2 x 14 Wochen zu 8 Lektionen plus 13 Stunden Prüfungen) gemäss den von der Schulleitung festgelegten Regeln weitere 243 Stunden Hausarbeit (Stoff nachbearbeiten, selbständiges Üben, Berichte und Vorträge verfassen und Prüfung vorbereiten) zu leisten.

Stoffplan

erstes Semester

Woche	Gebiet	Thema
1	Hydrodynamik	Bilanzieren
2	Hydrodynamik	Energiestrom und Prozessleistung
3	Hydrodynamik	Widerstand und Speicher
4	Hydrodynamik	Trägheit als Induktivität
5	Elektrodynamik	Ladung und Strom
6	Elektrodynamik	Widerstand und Prozessleistung
7	Elektrodynamik	Ladungs- und Energiespeicher
8	Elektrodynamik	Magnetfeld und Induktivität
9	Translationsmechanik	Impuls, Impulsstrom und Kraft
10	Translationsmechanik	Impuls und Energie
11	Translationsmechanik	Impuls bei Kreisbewegung
12	Translationsmechanik	Gravitation als Impulsquelle
13	Translationsmechanik	Arbeit, kinetische und potentielle Energie
14	Translationsmechanik	Widerstand und Auftrieb

zweites Semester

Woche	Gebiet	Thema
1	offenes System	konvektiver Transport, Energieströme
2	offenes System	Impulsbilanz bei offenen Systemen
3	Rotationsmechanik	Drehimpuls und Energie
4	Rotationsmechanik	Massenmittelpunkt, Kinematik
5	Rotationsmechanik	Drehimpulsquelle und Bahndrehimpuls
6	Rotationsmechanik	Mechanik des starren Körpers
7	Rotationsmechanik	Schwenkbewegung und Unwucht
8	Thermodynamik	Wärme als Entropie
9	Thermodynamik	Entropie und Enthalpie
10	Thermodynamik	Carnotor, Wärme und Arbeit
11	Thermodynamik	Zustandsgleichungen
12	Thermodynamik	Kreisprozesse
13	Thermodynamik	Wärmetransport
14	Thermodynamik	TD von Strahtriebwerken