Forschung

 

Institut für Naturwissenschaften und Mathematik - INM

Neue fakultätsübergreifende Mastervorlesung

Hier finden Sie die Beschreibung:

Modulbeschreibung / Inhalt

Kontakte: 

Prof. Dr. Jürgen Sum: sum@htwg-konstanz.de

Einladung zur Vortragsreihe Mathematik im Sommersemester 2016

Professor Dr. Michael Dellnitz
Universität Paderborn

spricht über

Mit Mathematik die Weltmeere erkunden

am Mittwoch, den 25. Mai 2016 um 18.00 Uhr in der Aula


Ein wichtiger Einflussfaktor für die Entwicklung unseres Klimas ist der Wärmetransport in den Ozeanen. So erzeugt z. B. der Agulhas-Strom, der im Indischen Ozean entlang der Ostküste Afrikas nach Süden
fließt, an der Südspitze Afrikas Wirbel, die dann nordwärts in den Südatlantik ziehen. Diese Agulhas-Ringe transportieren warmes und salzhaltiges Wasser aus dem Indischen Ozean in den Südatlantik.
Mathematiker und Ozeanographen an der University of New South Wales in Sydney und der Universität Paderborn entwickeln Methoden, die eine genaue Erfassung des dreidimensionalen Wärmetransports
durch die Agulhas-Ringe ermöglichen. Diese Techniken basieren auf der Theorie der Transferoperatoren, die bis vor wenigen Jahren ohne einen konkreten Anwendungsbezug lediglich eine innermathematische
Rolle gespielt hat.
Im Vortrag werden diese mathematischen Methoden und deren Einsatzfähigkeit anschaulich dargestellt. Dabei wird neben den Agulhas-Ringen auch der Great Pacific Garbage Patch - also die gehäufte Ansammlung
von Plastikmüll im Nordpazifik - eine Rolle spielen.


Kontakt: INM - Mathematik, Prof. Dr. Silke Michaelsen, michaels@htwg-konstanz.de

Aufnahmen in Hochgeschwindigkeit

Wie sieht es im Bruchteil einer Sekunde aus, wenn ein Kunststoff reißt? Wie, wenn ein Ziegel zerbricht? Äußerst genau zeigt dies eine Hochgeschwindigkeitskamera, die bis zu eine Million Bilder pro Sekunde aufnehmen und speichern kann. Sie steht nun für Forschung und Lehre zur Verfügung.

Bis zu 1.000.000 Bilder pro Sekunde und eine kaum vorstellbare Menge an Daten produziert die Hochgeschwindigkeitskamera der Hochschule. . So wird beispielsweise bei einer Megapixel-Auflösung und einer Framerate von 12.500 fps in weniger als 2 Sekunden ein Datenvolumen von 32 GB produziert. Das Kamerasystem steht nun grundsätzlich allen Fakultäten und Instituten zur Verfügung und eröffnet sowohl Forschenden wie Lehrenden neue Möglichkeiten. „Wir haben uns bereits etwas eingearbeitet und sind begeistert über das breite Feld von Einsatzideen“, sagt Prof. Dr. Christian Hettich.

 

Anwendungsbeispiele sind Materialtests, die Analyse mechanischer und maschineller Prozesse oder die Visualisierung chemischer Reaktionen, hydrodynamischer Vorgänge oder Schockwellen-Ausbreitung. HTWG-Präsident Prof. Dr. Carsten Manz sieht vielfältige Einsatzmöglichkeiten, unter anderem im Open Innovation Lab.
Verwaltet und betreut wird die Kamera vom Institut für Naturwissenschaften und Mathematik. Hier wurde bereits ein praktisches Handbuch erstellt, so dass Interessierte nach einer Einweisung mit Hilfe des Benutzerhandbuchs mit dem Kamerasystem arbeiten können. Das Institut verfügt über das entsprechende Zubehör wie mehrere Objektive, ein Stativ und einen Laptop mit der nötigen Software zur Film- bzw. Bildbearbeitung sowie zur Bewegungsanalyse.

Das breite Fächerspektrum und die Anwendungsorientierung waren der Ausschlag für die Kooperation zwischen der HTWG und VKT GmbH mit Sitz in Pfullingen, die exklusiv diese Photron Kameras vertreibt. Für das Kamerasystem investierte die Hochschule eine hohe fünfstellige Summe.Studierende, die bereits im vergangenen Semester mit der Kamera gearbeitet haben, haben einen Kurzfilm erstellt, mit dem sich die das Einsatzspektrum der Kamera erahnen lässt und der Impulse für neue Einsatzideen geben soll. Hier der Link zum Film.(aw)

 

Freuen sich über die neuen Möglichkeiten, die die Hochgeschwindigkeitskamera für Lehre und Forschung bietet (von links): Prof. Dr. Bernd Jödicke (INM), HTWG-Präsident Prof. Dr. Carsten Manz, Prof. Dr. Christian Hettich (INM) und Prof. Dr. Oliver Haase, Vizepräsident Forschung.

Über die Entdeckung der Quasikristalle

Am 29. April 2015  konnte das INM Professor Dr. Jost-Hinrich Eschenburg (Universität Augsburg) zu einem Vortrag im Rahmen der Vortragsreihe Mathematik begrüßen. Sehr anschaulich erklärte J. Eschenburg, warum die Symmetrie des Fünfecks in Kristallen nicht auftreten kann und wie sie es trotzdem tut. Schon in den Mosaiken aus maurischer Zeit fehlt die fünfzählige Symmetrie und auch bei Kristallen kommt sie nicht vor.

Zu Beginn seines Vortrags erklärte er am Beispiel maurischer Mosaike, welche Möglichkeiten für periodische Muster mit Drehsymmetrie es gibt. Auch in der Chemie – genauer der Kristallographie – war das lange bekannt. Dann erzählte J. Eschenburg, dass 1982 Daniel Shechtman im Beugungsmuster bestimmter Aluminiumlegierungen genau diese verbotenen fünfzähligen Symmetrien gefunden hat. Es handelte sich um eine neue Struktur der Materie, die sogenannten Quasikristalle. Für seine Entdeckung  der bis dahin unmöglich geglaubten Strukturen wurde D. Shechtman mit dem Nobelpreis für Chemie ausgezeichnet.

J. Eschenburg stellte mathematische Modelle für diese Quasikristalle vor, deren Beugungsbilder verbotene Symmetrien aufweisen. Die Modelle weisen keine Wiederholung auf, sind also nicht periodisch. Stattdessen genügen sie einer anderen strengen Ordnung, die er erklärte, nämlich der Selbstähnlichkeit. Sie führt dazu, dass Quasikristalle überall gleich aussehen, ohne periodisch zu sein.

Ein solches ebenes Muster wurde von R. Penrose entdeckt und ist als Penrose-Parkettierung bekannt. J. Eschenburg erklärte mit Hilfe von selbstgebastelten Bausteinen, wie diese Parkettierung aufgebaut ist und welche Muster dabei entstehen können.

Am Ende des Vortrags lud J. Eschenburg die Hörerinnen und Hörer ein, nach vorne zu kommen und selbst Penrose-Parkettierungen auszuprobieren. Dieser Einladung sind viele Interessierte gerne gefolgt und so entstand im Anschluss an den Vortrag noch eine lebhafte Diskussion mit J. Eschenburg.

Das INM dankt Professor Eschenburg für seinen sehr interessanten Vortrag.

(Fotos: J. Sum)

Einladung zur Vortragsreihe Mathematik im Sommersemester 2015

Professor Dr.
 Jost-Hinrich Eschenburg
Lehrstuhl für Differentialgeometrie
Universität Augsburg

spricht über

Die Entdeckung der Quasikristalle

am Mi., den 29. April 2015 um 18.00 Uhr im Lehrsaal G 260

Der Nobelpreis für Chemie 2011 ging an den israelischen Physiker Daniel Shechtman für die Entdeckung der Quasikristalle (1982). Shechtman hatte die Kristallstruktur von schnell abgekühlten Aluminiumlegierungen untersucht und in den Beugungsbildern die Symmetrie des regelmäßigen Fünfecks entdeckt, eine mathematische Unmöglichkeit bei Kristallen nach bisherigem Verständnis. Es handelte sich um eine neue Struktur der Materie, "Quasikristalle". Modelle dafür waren bereits von Mathematikern entwickelt worden (Roger Penrose, Peter Kramer und andere); der Anlass dafür kam überraschenderweise keineswegs aus der Kristallographie, sondern aus der theoretischen Informatik.

J. Eschenburg wird zunächst zeigen, warum die Fünfecksymmetrie für Kristalle unmöglich ist ("verbotene Symmetrien"). Er wird erklären, wie Beugungsbilder von kristallähnlichen Strukturen entstehen und welche Symmetrie­eigen­schaften des Kristalls sie widerspiegeln. Danach möchte J. Eschenburg mathematische Modelle für Quasikristalle vorstellen, deren Beugungsbilder verbotene Symmetrien aufweisen; auch die erwähnte Beziehung zur Infor­matik möchte er kurz andeuten. Die Modelle weisen keine Wiederholung (Periodizität) auf, genügen aber einer anderen strengen Ordnung, die er erklären möchte: Selbstähnlichkeit. Sie führt dazu, dass Quasikristalle überall gleich aussehen, ohne periodisch zu sein.

Außer Aufgeschlossenheit für mathematische Fragestellungen sind keine besonderen Voraussetzungen zum Verständnis des Vortrags erforderlich.

Das Plakat

Kontakt: INM - - Mathematik, Prof. Dr. Irene Lau, irene.lau@htwg-konstanz.de

Exzellente Lehre wird honoriert

Der Stifterverband für die Deutsche Wissenschaft zeichnet die Professoren Dr. Jürgen Sum und Dr. Bernd Jödicke von der HTWG Konstanz mit dem Ars legendi-Fakultätenpreis für exzellente Hochschullehre in der Kategorie Physik aus. Der Preis wird am 5. März in Berlin überreicht.

In ihren Lehrveranstaltungen zur Physik – für Studierende der Ingenieurswissenschaften – stellen sie die Vermittlung der "physikalischen Methode" in den Fokus und beschränken sich nicht auf die Behandlung von Inhalten. Um dies zu erreichen, nutzen sie didaktische Werkzeuge, die sie weiterentwickelt oder selbst entworfen haben. Sie stellen die methodischen Kompetenzen in den Mittelpunkt ihrer Lehre, die Ingenieuren später im Beruf helfen.

Für die Lehrenden stellt die Vermittlung von Physikkenntnissen eine besondere Herausforderung dar, weil die Vorbildung der Studienanfänger unterschiedlich gut ist. Dabei ist eine solide physikalische Grundausbildung unerlässlich für ein erfolgreiches Ingenieurstudium.

Die Notwendigkeit, die Physikausbildung neu auszurichten, ergab sich mit der Einführung der Bachelorstudiengänge. „Für uns ist es ganz wichtig, dass es uns gelungen ist, die Physikausbildung an die Bachelorausbildung anzupassen“, sagt Professor Bernd Jödicke. Er und sein Kollege Jürgen Sum entwickelten in enger Zusammenarbeit mit Professoren aus allen betroffenen Fakultäten ein gemeinsames Konzept. „Deshalb gebührt ihnen ebenso Dank, die Auszeichnung würdigt die gemeinsame Leistung aller Beteiligten“, betont Professor Jödicke. Beide Professoren sind im Institut für Naturwissenschaften und Mathematik (INM) tätig, Professor Sum als Leiter.

Mit dem Ars-legendi-Fakultätenpreis für exzellente Hochschullehre wurden die Professoren Dr. Bernd Jödicke und Dr. Jürgen Sum vom Stifterverband für die Deutsche Wissenschaft ausgezeichnet (v.l.).
Bild: HTWG Konstanz

Die Umstellung umfasst heute die gesamte Physikausbildung an der Hochschule Konstanz, von Vorlesungen über Übungen bis hin zu den Laboren. Statt physikalischer Inhalte stehen nun methodische Aspekte im Vordergrund. Dafür wurde ein ganzer Strauß an Methoden entwickelt. Sie helfen, physikalische Inhalte zu transportieren. Die Methoden bauen nicht aufeinander auf, sondern ergänzen sich. Dazu gehören Laborteamcoaching, Selbstlernversuche, Lerneinheiten zu bestimmten Themen, interaktive Fragesysteme, Erhaltungssätze und Bilanzen sowie Schätzaufgaben und schnelles Überschlagsrechnen ohne Hilfsmittel. In einem Forschercafé besprechen Studierende die Fortschritte ihrer Projektarbeiten.

Für Jürgen Sum, Bernd Jödicke und ihre Kollegen war es ein langer Weg zum heutigen Stand der Physikausbildung an der HTWG Konstanz. Was motiviert sie, weiter am Thema zu bleiben? Für Professor Sum ist „die Physik die schönste aller Wissenschaften“. Jeder Ingenieur benötige „eine solide Bildung im Bereich der grundlegenden physikalischen Gesetzmäßigkeiten und vor allem aus dem Bereich der physikalischen Methoden“. Nur mit diesem Fundament sei ein „erfolgreiches und innovatives Berufsleben als Ingenieur möglich“.

Professor Jödicke hat bei der Umstellung der Studiengänge auf Bachelorabschlüsse festgestellt, dass damals auch die Frage nach dem Sinn der Physik für die Ingenieurausbildung aufkam. Weil jeder Ingenieur physikalische Methoden im Berufsalltag einsetzt, gelang es ihm, seine Kollegen zu überzeugen, dass es „diese und andere Methoden, und nicht die Inhalte sind, die unsere Absolventen erfolgreich im Beruf sein lassen“. Er ist davon überzeugt, dass die Studierenden „jetzt Physik nachhaltig lernen, denn erworbene Fähigkeiten sind langlebiger als aktuelles Wissen“.

An der Hochschule freut man sich „über den Preis ganz besonders“, so Präsident Professor Dr. Carsten Manz. Die Auszeichnung sei „der beste Beweis, dass wir echte Profis in Sachen Didaktik an unserer Hochschule haben. Sowohl im Bereich Forschung und Entwicklung als auch in der Lehre sind wir auf dem besten Weg unsere Innovationsstärke unter Beweis zu stellen".

Professorin Dr. Beate Bergé, Vizepräsidentin für Lehre und Qualitätssicherung, meint zur Auszeichnung der beiden Professoren: "Dieser Preis ist gleichzeitig auch Ausdruck von der qualitativ hochwertigen Lehre, die insgesamt an der HTWG Konstanz gelebt wird. Wir vom Service-Team Lehre sind deshalb sehr motiviert, die Lehrenden in ihrem vielfältigen Engagement für die Lehre zu unterstützen und ein begünstigendes Umfeld für die Einführung und Umsetzung erfolgreicher Lehrmethoden und innovativer Lehrformen zu schaffen." ac

Info

Der Stifterverband für die Deutsche Wissenschaft, die Gesellschaft Deutscher Chemiker, die Deutsche Mathematiker-Vereinigung, die Deutsche Physikalische Gesellschaft und der Verband für Biologie, Biowissenschaften und Biomedizin in Deutschland haben den Ars legendi-Fakultätenpreis Mathematik und Naturwissenschaften 2014 zum zweiten Mal ausgelobt. Mit dem Preis soll die außerordentliche Bedeutung der Hochschullehre für die Ausbildung des Nachwuchses in der Mathematik und den Naturwissenschaften herausgestellt werden. Der Preis kann für Lehrende einen karrierewirksamen Anreiz schaffen, sich in der Hochschullehre weiter zu engagieren und sie über den eigenen Wirkungsbereich hinaus zu fördern.

Den Ars legendi-Fakultätenpreis für exzellente Hochschullehre erhalten neben Jürgen Sum und Bernd Jödicke von der Hochschule Konstanz Technik, Wirtschaft und Gestaltung (Physik), Simone Karrie, Reinhard Köster und Martin Korte von der Technischen Universität Braunschweig (Biowissenschaften), Dietmar Stalke von der Georg-August-Universität in Göttingen (Chemie) und Norbert Henze vom Karlsruher Institut für Technologie (Mathematik).