0.2 Karlsruher Physikkurs und Modellbildungssystem
 
Mengenartige Größen Beim Karlsruher Physikkurs (KPK) spielen mengenartige Größen eine zentrale Rolle. Zu ihnen zählen Energie, Impuls, el. Ladung, Entropie, Masse etc. Soweit diese Größen einem Erhaltungssatz genügen, lassen sich die Werte solcher mengenartiger Größen in einem Raumbereich nur dadurch ändern, dass diese Größen in diesen Raumbereich hinein- oder aus diesem Raumbereich herausströmen. So ändert sich der Impuls eines Körpers nur dadurch, dass Impuls in den Körper hinein oder dass Impuls aus dem Körper heraus strömt. Dieser Sachverhalt wird durch die sog. Kontinuitätsgleichung ausgedrückt.


  (1)

In nichtdifferenzieller Form heißt sie:


  (2)

Dabei steht die Größe X für eine beliebige mengenartige Größe, die weder vernichtet, noch erzeugt werden kann. Für den Impuls hat die Gleichung (2) die Gestalt:


  (3)

Die Gleichungen (1) bzw. (2) lassen sich sehr einfach veranschaulichen.

Die physikalische Größe wird als Wassermenge in einem Behälter dargestellt. Die Menge ändert sich dadurch, dass Wasser über einen Zufluss in den Behälter strömt. Die Stärke des Zuflusses bestimmt, wie schnell der Behälter gefüllt wird. Dieses Metamodell kann noch zu weiteren Analogien herangezogen werden. Wir kommen später darauf zurück. Im Moment interessiert uns, dass sich dieses Modell sehr leicht und anschaulich in ein Powersim-Modell übersetzen lässt.

Man erkennt im Powersim-Modell intuitiv den Behälter und den Zufluss. Die Wolke kennzeichnet die Grenzen des Modells; so interessiert hier nicht, woher der Strom der Größe X stammt.

Der Behälter X bekommt einen sog. Startwert, es ist der Wert der Größe X, den diese zu Beginn der Simulation hat. In I_X legt man fest, wie groß der Strom IX ist. Beim eigentlichen Simulieren werden die Werte von X iterativ in einer Schleife berechnet:


  (4)

Für den ersten Iterationsschritt ist Xalt der Startwert von X. Der Strom Ix(t) kann in der Zeit seinen Wert ändern, die Powersimvariable I_X kann also bei jedem Iterationsschritt ihren Wert ändern.

Wir sind damit bereit das erste Modell zu erstellen.
 

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