Podcast "Modellansatz"

Mathematik und ihre Anwendungen

Bei genauem Hinsehen finden wir die Naturwissenschaft und besonders Mathematik überall in unserem Leben, vom Wasserhahn über die automatischen Temporegelungen an Autobahnen, in der Medizintechnik bis hin zum Mobiltelefon. Woran die Forscher, Absolventen und Lehrenden in Karlsruhe gerade tüfteln, erfahren wir hier aus erster Hand.

Von

Sebastian Ritterbusch

Gudrun Thäter

Teaser

Episoden: Neueste Episoden


Emmy Noether Konferenz

Modellansatz 225

Emmy Noether, eine der bedeutendsten Mathematiker*innen weltweit, prägte mit ihren „Arbeits- und Auffassungsmethoden“ die moderne Algebra und trug entscheidend zur Algebraisierung mathematischer Disziplinen bei. Mit ihrer 1918 publizierten Habilitationsschrift löste sie zentrale mathematische Probleme der allgemeinen Relativitätstheorie. Am 4. Juni 1919 hielt Emmy Noether ihren Habilitationsvortrag. Sie war die erste Frau, die in Preußen habilitiert wurde. Genau 100 Jahre später stellte in Berlin eine interdisziplinäre Fachkonferenz deshalb die Frage: „Wie kommt das Neue in die Welt?“ Die Tagung wurde gemeinsam veranstaltet vom Berliner Exzellenzcluster MATH+, der Zentralen Frauenbeauftragten der Freien Universität Berlin und dem Max-Planck-Institut für Wissenschaftsgeschichte. Aus mathematischer, physikalischer, wissenschaftstheoretischer und ‑historischer Perspektive beleuchtete die Konferenz die Bedeutung Noethers bis in die Gegenwart. Darüber hinaus nahm sie Strukturen und Prozesse der Diskriminierung und Marginalisierung in den Blick, die Noether als Frau jüdischer Herkunft im deutschen Wissenschaftssystem widerfuhren und die Rezeption ihrer mathematischen Leistungen auch über ihren Tod hinaus beeinträchtigten. Den Abschluss bildete am 6. Juni 2019 eine öffentliche Podiumsdiskussion zur Frage "Wie kommt das Neue in die Welt? Reflexionen über das Verhältnis von Mathematik, Gesellschaft, Geschlecht und Diversität" unter Moderation von Jan-Martin Wiarda (Wissenschaftsjournalist). Das Gespräch hat Gudrun für unseren Podcast mitgeschnitten. Auf dem Podium waren vertreten: Prof. Dr. Katja Eilerts, Abteilung Grundschulpädagogik – Mathematik im Primarbereich, Humboldt-Universität zu Berlin. Prof. Dr. Rupert Klein, Vorstandsmitglied des Exzellenzclusters MATH+ und Sprecher des Mathematik-SFB 1114, Freie Universität Berlin. Prof. Dr. Helena Mihaljević, Professorin für Data Science und Analytics des Einstein Center Digital Future, Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin. Dr. Anina Mischau, Leiterin der Arbeitsstelle Gender Studies in der Mathematik, Freie Universität Berlin. Prof. Dr. Caren Tischendorf, Vorstandsmitglied des Exzellenzclusters MATH+, Humboldt-Universität zu Berlin. Außerdem spricht am Ende des Mitschnittes Dr. Mechthild Koreuber Frauenbeauftragte der Freien Universität Berlin. Im Gespräch wird erörtert, inwieweit es zu Konflikten mit der Fachdisziplin Mathematik führt, wenn der Blick auch auf geschlechtergerechte Ausbildung - insbesondere im Lehramt - gelenkt wird. Anina Mischau hat hier Pionierarbeit in der Mathematik an der FU Berlin geleistet. Dort hat sie inzwischen den Eindruck, dass die Arbeit geschätzt wird. Bei der Untersuchung des Anteils von Frauen in den hoch renommierten Fachzeitschriften und auf den alle vier Jahre stattfindenden Intermationalen Konferenzen für Mathematik sind die Zahlen allerdings noch nicht sehr ermutigend. Selbst die relativ gibt es kaum Verbesserungen. (...)

Erschienen: 30.11.2019
Dauer: 1:03:47

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Batemo

Modellansatz 224

Gudrun traf im November 2019 Jan Richter. Er ist einer der Gründer der Batemo GmbH in Karlsruhe. Mit den Kollegiaten von SiMET hatte Gudrun das Unternehmen kurz vorher in der Technologiefabrik besucht und dabei das Podcast-Gespräch vereinbart. Batemo ist noch ein recht junges Unternehmen. Es wurde im März 2017 von Michael Schönleber und Jan Richter gegründet. Die beiden haben an der KIT-Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik promoviert. Sie hatten sich schon länger mit der Idee auseinandergesetzt, im Anschluss an die Promotionszeit den Schritt zur Unternehmensgründung zu wagen. Es war klar, dass sie sich mit einem Thema beschäftigen möchten, das Ihnen ermöglicht, die Entwicklung von Akkus zu beeinflussen. Außerdem wollten sie gern ohne finanzielle Fremdmittel auskommen, um in jedem Moment die volle Kontrolle zu behalten. Inzwischen ist das gut gelungen und die Firma ist auf Simulationssoftware für Lithium-Ionen-Batterien spezialisiert. Für beliebige Lithium-Ionen-Zellen erstellen sie einen digitalen Zwilling, also ein Modell im Computer. Dass sie damit glaubwürdig für zahlungsfähige Kunden sind, liegt daran, dass sie auch die Validität dieser Modelle im gesamten Betriebsbereich nachweisen. Die Modelle sind sehr komplexe und stark nichtlinear gekoppelte Systeme aus algebraischen und partiellen Differentialgleichungen, die die physikalischen, chemischen und thermodynamische Prozesse abbilden. Sie sind auch dafür geeignet, das Verhalten der Akkus über die Lebenszeit der Zellen hin nachzubilden. Es ist besonders herausfordernd, da die Prozesse in unterschiedlichen Längen- und Zeitskalen ablaufen. Zwei Fragen, die beim Besuch mit den SiMET-Kollegiaten im Mittelpunkt des Gespräches standen, sind: Mit welchen Betriebsstrategien wird die Lebensdauer der Zellen erhöht? Wie werden innovative Schnellladeverfahren entwickelt, die die Zellen nicht zu schnell altern lassen? Im Gespräch berichtet Jan auch davon, wieso er sich für ein Studium der Elektrotechnik entschieden hat und wie er den Weg in die Selbstständigkeit von heute aus bewertet.

Erschienen: 23.11.2019
Dauer: 31:12

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Kristallgittermodelle

Modellansatz 223

Gudrun spricht mit Axel Voigt. Er ist Professor für Wissenschaftliches Rechnen und Angewandte Mathematik an der TU Dresden. Axel war Ende Oktober 2019 zu Gast in Gudruns Arbeitsgruppe, um seine Modelle für Kristallgitter zu diskutieren. Der Wunsch der Gruppe war, sowohl die Modelle als auch die dafür passenden numerischen Verfahren besser zu verstehen. Sie sind insbesondere für die Simulation der Vorgänge in Akkumulatoren interessant, die im Rahmen das Graduiertenkollegs SiMET vorangetrieben werden. Viele feste Körper haben eine Gitterstruktur. Für z.B. Silizium, Aluminium und Stahl ist dies ein Kristallgitter. In der Schule wird es der Einfachheit halber oft so dargestellt, als wäre das Kristallgitter eine feste Größe für solche Stoffe. In der Natur sind es aber polykristalline Materialien. D.h. sie bestehen aus vielen unterschiedlichen Einzelkristallen. Diese sind durch Korngrenzen voneinander getrennt. Das Studium polykristalliner Materialien erfordert theoretische und rechnerische Techniken, die Untersuchungen auf unterschiedlich großen Skalen ermöglichen. Kristallgitterverformungen können mikroskopisch beschrieben werden, indem die Position der Atome explizit berücksichtigt wird, oder makroskopisch durch Kontinuumselastizität. Grobkörnige, mesoskalige Ansätze sind daher geeignete Werkzeuge, um Informationen über polykristalline Materialien bereitzustellen. In seiner Forschung betrachtet Axel sie als kontinuierliche elastische Felder, die aus einer atomistischen Darstellung der kristallinen Strukturen abgeleitet sind. So enthält sie auch wichtige Merkmale, die für die mikroskopische Skala typisch sind. Die Größe und Phase der Amplituden der Fourierspektrum, zusammen mit der kontinuierlichen Beschreibung der Dehnungen, sind in der Lage, Kristalldrehungen, Gitterverformungen und Versetzungen zu charakterisieren. Darüber hinaus stellen sie in Kombination mit der so genannten Amplitudenerweiterung des Phasenfeld-Kristallmodells ein geeignetes Werkzeug zur Überbrückung mikroskopischer bis makroskopischer Skalen dar. Die Amplitudenerweiterung des Phasenfeld-Kristallmodells ermöglicht es, die Kristallgittereigenschaften auf diffusen Zeitskalen zu beschreiben, indem sie sich auf kontinuierliche Felder konzentriert, die auf Längenskalen variieren, die größer als der Atomabstand sind. So ermöglicht es die Simulation großer Systeme, die noch Details des Kristallgitters beibehalten. Axel Voigt hat an der TU München studiert und promoviert. Nach einem Ausflug in die Wirtschaft war er ab 2001 Gruppenleiter am Forschungsinstitut caesar in Bonn und hat sich dort auch habilitiert. Seit 2007 ist er in Dresden an der TU als Professor tätig.

Erschienen: 08.11.2019
Dauer: 33:43

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Peaked Waves

Modellansatz 222

Gudrun talks to Anna Geyer. Anna is Assistant professer at TU Delft in the Mathematical Physics group at the Delft Institute of Applied Mathematics. She is interested in the behaviour of solutions to equations which model shallow water waves. The day before (04.07.2019) Anna gave a talk at the Kick-off meeting for the second funding period of the CRC Wave phenomena at the mathematics faculty in Karlsruhe, where she discussed instability of peaked periodic waves. Therefore, Gudrun asks her about the different models for waves, the meaning of stability and instability, and the mathematical tools used in her field. For shallow water flows the solitary waves are especially fascinating and interesting. Traveling waves are solutions of the form u(t,x)=f(x-ct) representing waves of permanent shape f that propagate at constant speed c. These waves are called solitary waves if they are localized disturbances, that is, if the wave profile f decays at infinity. If the solitary waves retain their shape and speed after interacting with other waves of the same type, we say that the solitary waves are solitons. One can ask the question if a given model equation (sometimes depending on parameters in the equation or the size of the initial conditions) allows for solitary or periodic traveling waves, and secondly whether these waves are stable or unstable. Peaked periodic waves are an interesting phenomenon because at the wave crest (the peak) they are not smooth, a situation which might lead to wave breaking. For which equations are peaked waves solutions? And how stable are they? Anna answers these questions for the reduced Ostrovsky equation, which serves as model for weakly nonlinear surface and internal waves in a rotating ocean. The reduced Ostrovsky equation is a modification of the Korteweg-de Vries equation, for which the usual linear dispersive term with a third-order derivative is replaced by a linear nonlocal integral term, representing the effect of background rotation. Peaked periodic waves of this equation are known to exist since the late 1970's. Anna presented recent results in which she answers the long standing open question whether these solutions are stable. In particular, she proved linear instability of the peaked periodic waves using semi-group theory and energy estimates. Moreover, she showed that the peaked wave is unique and that the equation does not admit Hölder continuous solutions, which implies that the reduced Ostrovsky equation does not admit cusps. Finally, it turns out that the peaked wave is also spectrally unstable. This is joint work with Dmitry Pelinovsky. For the stability analysis it is really delicate how to choose the right spaces such that their norms measure the behaviour of the solution. The Camassa-Holm equation allows for solutions with peaks which are stable with respect to certain perturbations and unstable with respect to others, and can model breaking waves. (...)

Erschienen: 31.10.2019
Dauer: 36:19

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Optimale Verladestrategie

Modellansatz 221

Gudrun spricht in dieser Folge mit Maren Hattebur, Nils Rauscher und Moritz Müller über die Teilnahme von Nils und Moritz beim Wettbewerb Jugend forscht. Die beiden jungen Männer haben im Sommer 2019 ihr Abitur am Tulla-Gymnasium in Rastatt gemacht. Im Gespräch schauen sie noch einmal zurück auf den Weg, der zur Teilnahme an Jugend forscht führte und im Sommer 2018 mit der Teilnahme an der CAMMP week in Voeren (Belgien) begann. Maren hat die beiden in der ganzen Zeit begleitet. Sie ist Doktorandin in der KIT-Fakultät für Mathematik und trägt in der Arbeistgruppe Computational Science and Mathematical Methods sehr aktiv die Projekte CAMMP week und Simulierte Welten mit. Moritz und Nils hatten bis 2018 kein ausgeprägtes Interesse an mathematischen Themen und hätten sich auch eher kein technisches Studium für sich selbst vorgestellt. Die Einladung, eine Woche in einer Gruppe ein Problem aus der Praxis zu knacken, nahmen sie allerdings gern an. In ihrer Gruppe ging es um die Beladung von Lastwagen. Zusammen mit Gleichaltrigen haben sie sich einen Algorithmus überlegt, anschließend implementieren und getestet, der sicherstellt, dass vorbereitete Euor-Paletten in der passenden Reihenfolge entladen werden können. Dabei muss gewährleistet sein, dass Paletten aufeinander auch stapelbar sind. In Voeren gab es eine Lösung der Gruppe. Das Thema war aber noch nicht richtig durch. Deshalb entschlossen sich Moritz und Nils, damit noch weiter zu machen und wurden durch ein Förderstipendium des Programms Simulierte Welten dabei unterstützt. Das Ergebnis reichten sie schließlich im Wettbewerb Jugend forscht ein. Dort gibt es unterschiedliche Fachgebiete. Das Thema passte in den Bereich Arbeitswelten. Im Wettbewerb Junged forscht ist in jedem Jahr Anmeldeschluss am 30. November. Die Teilnehmend Gruppen erhalten bis Ende Dezember die Einladung zu einem Wettbewerb in ihrer Region. Im Januar reichen sie eine schriftliche Ausarbeitung ihres Projekts von maximal 15 Seiten beim zuständigen Wettbewerbsleiter ein. Am ersten Tag des Wettbewerbs bauen die Jungforscherinnen und Jungforscher ihre Stände auf, es findet ein erstes Kennenlernen mit den Organisatoren und vor allem mit den anderen statt. Am zweiten Tag kommt die Jury und schaut sich die Projekte an. Die Gruppen präsentieren und werden anschließend ausgiebig befragt. Bei der Abendveranstaltung werden bereits die Sieger verkündet. Am dritten Tag kommt die Öffentlichkeit und die Presse dazu. Außer den Siegern sind noch keine Preisträger bekannt, so dass es bei der abschließenden Feierstunde noch einmal richtig spannend wird. Moritz und Nils haben die Veranstaltung als tollen Höhepunkt erlebt. Durch die eigene Forschertätigkeit hat sich auch ihr Blick auf Mathematik und ihre Anwendungen im Alltag stark verändert. Sie würden jederzeit empfehlen, sich auf das Experiment einer CAMMP week einzulassen oder ein Projekt für Jugend forscht zu entwickeln.

Erschienen: 24.10.2019
Dauer: 33:31

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Cancer Research

Modellansatz 220

Gudrun talks with Changjing Zhuge. He is a guest in the group of Lennart Hilbert and works at the College of applied sciences and the Beijing Institute for Scientific and Engineering Computing (BISEC) at the Beijing University of Technology. He is a mathematician who is interested in system biology. In some cases he studies delay differential equations or systems of ordinary differential equations to characterize processes and interactions in the context of cancer research. The inbuilt delays originate e.g. from the modeling of hematopoietic stem cell populations. Hematopoietic stem cells give rise to other blood cells. Chemotherapy is frequently accompanied by unwished for side effects to the blood cell production due to the character of the drugs used. Often the production of white blood cells is hindered, which is called neutropenia. In an effort to circumvent that, together with chemotherapy, one treats the patient with granulocyte colony stimulating factor (G-CSF). To examine the effects of the typical periodic chemotherapy in generating neutropenia, and the corresponding response of this system to given to G-CSF Changjing and his colleagues studied relatively simple but physiologically realistic mathematical models for the hematopoietic stem cells. And these models are potential for modeling of other stem-like biosystems such as cancers. The delay in the system is related to the platelet maturation time and the differentiation rate from hematopoietic stem cells into the platelet cell. Changjing did his Bachelor in Mathematics at the Beijing University of Technology (2008) and continued with a PhD-program in Mathematics at the Zhou-Peiyuan Center for Applied Mathematics, Tsinghua University, China. He finished his PhD in 2014. During his time as PhD student he also worked for one year in Michael C Mackey's Lab at the Centre for Applied Mathematics in Bioscience and Medicine of the McGill University in Montreal (Canada).

Erschienen: 17.10.2019
Dauer: 24:06

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TFP-Verfahren

Modellansatz 219

Gudrun war in Dresden zu Gast am Leibniz Institut für Polymerforschung. Sie spricht dort mit Axel Spickenheuer und Lars Bittrich über deren Forschungsfeld, das Tailored-Fiber-Placement-Verfahren (TFP). Anlass des Treffens in Dresden war der Beginn einer gemeinsamen Masterarbeit. Das Institut für Polymerforschung hat - zusammen mit Vorgängerinstitutionen - eine längere Geschichte in Dresden. Seit 1950 gab es dort ein Institut für Technologie der Fasern (als Teil der Akademie der Wissenschaften der DDR). Dieses wurde 1984 zum Institut für Technolgie der Polymere und nach der Gründung des Freistaates Sachsen schließlich am 1.1. 1992 neu als Institut für Polymerforschung Dresden e.V. gegründet. Seitdem wird dort auch schon an der TFP-Technologie gearbeitet. Seit 2004 gehört das Institut der Leibniz-Gemeinschaft an. Es ist damit der anwendungsnahen Grundlagenforschung verpflichtet. Ein wichtiges Thema im Haus ist Leichtbauforschung. Die TFP-Verfahren beinhalten Verstärkung von Geweben oder Thermoplasten durch feste Fasern aus z.B. Glas, Kohlenstoff und Aramiden. Diese Verstärkung kann man so aufbringen, dass sie in allen Richtungen gleich stark wirkt (isotrop) oder aber so, dass sich sehr unterschiedliche Materialeigenschaften bei Beanspruchung in unterschiedlichen Richtungen ergeben (anisotrop). In den so entstehenden zusammengesetzten Materialien geht es darum, für die Bauteile Masse zu reduzieren, aber Steifigkeit und/oder Tragfähigkeit stark zu erhöhen. Besonderes Potential für Einsparungen hat die anisotrope Verstärkung, also die (teuren) Fasern genau so zu einzusetzen, wie es den berechneten Anforderungen von Bauteilen am besten entspricht. Das führt auf sehr unterschiedliche Fragen, die in der Forschungstätigkeit des Dresdner Instituts beantwortet werden. Sie betreffen u.a. die tatsächliche Herstellung an konkreten Maschinen, die Kommunikation zwischen Planung und Maschine, die Optimierung des Faserverlaufs im Vorfeld und die Prüfung der physikalischen Eigenschaften. Die Verstärkungsstruktur wird durch das Aufnähen einzelner sogenannter Rovings auf dem Basismaterial erzeugt. Das Grundmaterial kann eine textile Flächenstruktur (Glasgewebe, Carbongewebe, Multiaxialgelege) oder für thermoplastische Verstärkungsstrukturen ein vernähfähiges Folienmaterial sein. Die Verstärkungsstrukturen werden durch die Bewegung des Grundmaterials mit Hilfe einer CNC-Steuerung und der gleichzeitigen Fixierung des Rovings mit Hilfe des Nähkopfes gefertigt. Um eine hohe Effektivität zu erhalten, können Verstärkungsstrukturen mit bis zu 1000 Stichen pro Minute hergestellt werden. Für die Mathematik besonders interessant ist die Simulation und Optimierung der sehr komplexen Verbundstoffe. Um optimale Faseranordnungen umsetzen zu können, braucht es natürlich numerische Methoden und prozessorientierte Software, die möglichst alle Schritte der Planung und Herstellung automatisiert. Traditionell wurde oft die Natur zum Vorbild genommen, um opt. Verstärkungen (...)

Erschienen: 10.10.2019
Dauer: 1:00:43

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Binärströmung

Modellansatz 218

In dieser Folge spricht Gudrun mit Anne Bayer und Tom Braun. Sie sind im Bachelorstudiengang Wirtschaftsmathematik bzw. Mathematik am KIT eingeschrieben und haben 2019 das Projektorientierte Softwarepraktikum in Gudruns Arbeitsgruppe absolviert. Das Gespräch dreht sich um ihre Erfahrungen in dieser Lehrveranstaltung. Das Projektorientierte Softwarepraktikum wurde 2010 als forschungsnaher Lernort konzipiert. Studierende unterschiedlicher Studiengänge arbeiten dort ein Semester lang an konkreten Strömungssimulationen. Es wird regelmäßig im Sommersemester angeboten. Seit 2014 liegt als Programmiersprache die Open Source Software OpenLB zugrunde, die ständig u.a. in der Karlsruher Lattice Boltzmann Research Group weiter entwickelt wird. Außerdem wird das Praktikum seit 2012 vom Land Baden-Württemberg gefördert als eine Möglichkeit für Studierende, sich im Studium schon an Forschung zu beteiligen. Konkret läuft das Praktikum etwa folgendermaßen ab: Die Studierenden erhalten eine theoretische Einführung in Strömungsmodelle und die Idee von Lattice-Boltzmann-Methoden und finden sich für ein einführendes kleines Projekt in Zweiergruppen zusammen. Anschließend wählen sie aus einem Katalog eine Frage aus, die sie bis zum Ende des Semesters mit Hilfe von Computersimulationen gemeinsam beantworten. Diese Fragen sind Teile von Forschungsthemen der Gruppe, z.B. aus Promotionsprojekten oder Drittmittelforschung. Während der Projektphase werden die Studierenden von dem Doktoranden/der Doktorandin der Gruppe, die die jeweilige Frage gestellt haben, betreut. Am Ende des Semesters werden die Ergebnisse in Vorträgen vorgestellt und diskutiert. Hier ist die ganze Arbeitsgruppe beteiligt. In einer Ausarbeitung werden außerdem die Modellbildung, die Umsetzung in OpenLB und die konkreten Simulationsergebnisse ausführlich dargelegt und in den aktuellen Forschungsstand eingeordnet. Diese Ausarbeitung wird benotet. Die Veranstaltung wird mit 4 ECTS angerechnet. Anne und Tom betrachten einen Würfel, in dem zwei Flüssigkeiten enthalten sind, die sich nicht mischen können. Konkret ist eine Tropfen von Fluid 1 ist in ein Fluid 2 eingebettet. Dadurch entsteht insbesondere eine diffuse Grenzfläche zwischen beiden, die durch mehrere physikalische Faktoren beeinflusst ist, wie z.B. die Viskosität der Flüssigkeiten oder die Größe des Tropfens. Wo die Grenzfläche verläuft ist Teil des physikalischen Problems. Grundlage des verwendeten sehr einfachen Modells ist die Oberflächenspannung. Der Tropfen hat aufgrund dieser Oberflächenspannung einen anderen Druck im Inneren als im das Fluid im außen. Dies kann mit dem Laplace-Operator modelliert und berechnet werden. Sie berechnen die im numerischen Modell vorliegende Druckdifferenz, indem der Druck im kugelförmigen Tropfen und dem Punkt am weitesten entfernt betrachtet wird (in diesem Fall den Punkt aus der linken unteren Ecke).

Erschienen: 03.10.2019
Dauer: 19:24

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Ring-a-Scientist

Modellansatz 217

Gudrun traf sich im August 2019 in Karlsruhe zum Gespräch mit Kerstin Göpfrich. Die beiden hatten sich im April 2019 persönlich beim Nawik Symposium 'Und jetzt Du' kennengelernt, wo Kerstin ihr Projekt Ring-a-Scientist vorgestellt hat. Dieses Projekt hat sie gemeinsam mit Karl Gödel initiiert und umgesetzt. Ring-a-Scientist wurde initial durch Wikimedia, die VolkswagenStiftung und den Stifterverband im Fellowverband Freies Wissen gefördert. Ring-a-Scientist ist ein moderner Weg, wie Wissenschaft in die Schulen kommen kann – per Videokonferenz und Live-Schalte aus dem Labor. Ring-a-Scientist möchte Wissenschaft ins Klassenzimmer bringen. Dies geschieht ohne Reisen und viel Organisationsaufwand einfach live per Videokonferenz. Die Inhalte können dabei von der Studienberatung über Diskussionsrunden mit Expertinnen und Experten bis hin zu virtuellen Laborführungen, Experimenten und Einblicken in die aktuelle Forschung reichen. Wie? www.Ring-a-Scientist.org ist eine Webplattform, über die Lehrerende und Wissenschaftler unbürokratisch Termine für ein Videotelefonat vereinbaren können. Auf der Plattform legen Wissenschaftler – vom Erstsemester zur Professorin – ein Profil an. Lehrpersonen können Wissenschaftler ihrer Wahl kontaktieren und den Inhalt des Videotelefonats abstecken. Ring-a-Scientist freut sich auf viele Anfragen von Lehrerinnen und Lehrern! Wieso? Ein Videotelefonat ist weniger zeit- und kostenaufwendig als Schulbesuche. Es lässt sich einfach und flexibel im Unterricht einsetzen und ist mit dem Tagesgeschäft in der Wissenschaft gut ver- einbar. Das soll Schul- und Laborbesuche nicht ersetzen sondern ergänzen und Schulen über das lokale Umfeld hinaus erreichen – denn Unterricht im 21. Jahrhundert verdient Technologie des 21. Jahrhunderts! Kerstin Göpfrich war zum Zeitpunkt des Gespräches Marie Skłodowska-Curie Fellow am Max-Planck-Institut für medizinische Forschung in Stuttgart. Ab dem 1. Oktober leitet sie eine Max-Planck-Forschungsgruppe in Heidelberg. Im April 2017 schloss sie ihre Promotion in Physik an der University of Cambridge (UK) ab, wo sie bei Prof. Ulrich Keyser an DNA Origami Nanoporen arbeitete. Nebenbei hat Sie für verschiedene Medien gearbeitet, darunter The Naked Scientists (BBC - Radio 5 live), Cambridge TV, Spektrum der Wissenschaft und The Huffington Post. In ihrer Forschung beschäftigt sie sich mit der Frage: Was ist Leben und könnte es auch anders sein? Anstatt das Leben, wie wir es kennen, zu kopieren, versucht sie, synthetische Zellen zu entwickeln, die nicht nur aus natürlichen Bausteinen bestehen und neue Arten der Informationsverbreitung und Replikation aufweisen. Dadurch wird es möglich sein, die Randbedingungen des Lebens zu erforschen und aus praktischer Sicht neue Schnittstellen zwischen natürlichen und synthetischen Zellen aufzubauen. Bioorthogonale synthetische Zellen werden als biokompatible aktive Sonden ("Phantomzellen") in lebenden Geweben und Organismen einsetzbar sein, die in der Lage sind, (...)

Erschienen: 12.09.2019
Dauer: 37:17

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Tonsysteme

Modellansatz 216

Stephan Ajuvo (@ajuvo) vom damals(tm) Podcast, Damon Lee von der Hochschule für Musik und Sebastian Ritterbusch trafen sich zu Gulasch-Programmiernacht 2019 des CCC-Erfakreises Entropia e.V., die wieder im ZKM und der HfG Karlsruhe stattfand. Es geht um Musik, Mathematik und wie es so dazu kam, wie es ist. Damon Lee unterrichtet seit einem Jahr an der Hochschule für Musik und befasst sich mit Musik für Film, Theater, Medien und Videospielen. Im aktuellen Semester verwendet er Unity 3D um mit räumlicher Musik und Klängen virtuelle Räume im Gaming-Umfeld umzusetzen. Auch im Forschungsprojekt Terrain wird untersucht, in wie weit räumliche Klänge eine bessere Orientierungsfähigkeit im urbanen Umfeld unterstützen können. Die Idee zu dieser Folge entstand im Nachgang zur gemeinsamen Aufnahme von Stephan und Sebastian zum Thema Rechenschieber, da die Musik, wie wir sie kennen, auch ein Rechenproblem besitzt, und man dieses an jedem Klavier wiederfinden kann. Dazu spielte Musik auch eine wichtige Rolle in der Technikgeschichte, wie beispielsweise das Theremin und das Trautonium. Die Klaviatur eines herkömmlichen Klaviers erscheint mit den weißen und schwarzen Tasten alle Töne abzubilden, die unser gewöhnliches Tonsystem mit Noten abbilden kann. Der Ursprung dieses Tonsystems entstammt aus recht einfachen physikalischen und mathematischen Eigenschaften: Wird eine Saite halbiert und im Vergleich zu zuvor in Schwingung gebracht, so verdoppelt sich die Frequenz und wir hören den einen gleichartigen höheren Ton, der im Tonsystem auch gleich benannt wird, er ist nur um eine Oktave höher. Aus einem Kammerton a' mit 440Hz ändert sich in der Tonhöhe zu a'' mit 880Hz. Neben einer Verdopplung ergibt auch eine Verdreifachung der Frequenz einen für uns Menschen angenehmen Klang. Da aber der Ton über eine Oktave höher liegt, wird dazu der wieder um eine Oktave tiefere Ton, also der Ton mit 1,5-facher Frequenz betrachtet. Dieses Tonintervall wie beispielsweise von a' mit 440Hz zu e'' mit 660Hz ist eine (reine) Quinte. Entsprechend des Quintenzirkels werden so alle 12 unterschiedlichen Halbtöne des Notensystems innerhalb einer Oktave erreicht. Nur gibt es hier ein grundsätzliches mathematisches Problem: Gemäß des Fundamentalsatzes der Arithmetik hat jede Zahl eine eindeutige Primfaktorzerlegung. Es ist also nicht möglich mit mehreren Multiplikationen mit 2 zur gleichen Zahl zu gelangen, die durch Multiplikationen mit 3 erreicht wird. Somit kann der Quintenzirkel nicht geschlossen sein, sondern ist eigentlich eine niemals endende Quintenspirale und wir müssten unendlich viele unterschiedliche Töne statt nur zwölf in einer Oktave haben. In Zahlen ist 1,5^12=129,746... nicht gleich 128=2^7. Nach 12 reinen Quinten erreichen wir also nicht genau den ursprünglichen Ton um 7 Oktaven höher, doch der Abstand ist nicht sehr groß. Es ist grundsätzlich unmöglich ein endliches Tonsystem auf der Basis von reinen Oktaven und reinen Quinten zu erzeugen, ...

Erschienen: 05.09.2019
Dauer: 1:02:48

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