Begriffe zur Vorlesung ETMR

Arbitration
[englisch ]die, Schiedsverfahren, Schiedsgerichtsverfahren; die außergerichtliche
Erledigung von Streitigkeiten im angelsächsischen Recht sowie im internationalen
Handelsverkehr; auch im Völkerrecht ein Mittel der Streitbeilegung.
(c) Bibliographisches Institut & F. A. Brockhaus AG, 2004
Kybernetik
[engl., zu griech. kybernetiké (téchne) »Steuermannskunst«] die, formale,
fachübergreifende Wissenschaft, die sich mit der Untersuchung von Steuerungs- und
Regelungsvorgängen in Biologie, Technik und Gesellschaft befasst und Modelle zur
Darstellung, Umwandlung und Verarbeitung von Informationen entwirft.
Alle automatischen Datenverarbeitungsanlagen sind in diesem Sinn kybernetische
Maschinen. Die Kybernetik bildet ein Teilgebiet der Informatik. Sie liefert Grundlagen zur
Theorie der Automaten, lernender (sich selbst organisierender) Systeme (lernende
Automaten), der Zuverlässigkeit, der Algorithmen und der künstlichen Intelligenz (KI).
Zentrale Begriffe der Kybernetik sind v.a. System (Systemtheorie), Information,
Steuerung und Regelung.
Unter einem System wird allgemein ein aus mehreren Teilen zusammengesetztes,
gegliedertes Ganzes verstanden, dessen Teile strukturell oder funktional miteinander in
Beziehung stehen.
Ein System heißt offen, wenn es mit der Umgebung in Wechselwirkung steht, ist dies
nicht der Fall, so heißt es abgeschlossen.
Kybernetische Systeme nehmen über Eingangskanäle Informationen auf, verarbeiten
sie und führen entsprechend dieser Informationsverarbeitung eine Aktion herbei oder
geben über Ausgangskanäle Informationen an die Umwelt. Wenn frühere
Eingangsinformationen für das aktuelle Verhalten von Bedeutung sind, handelt es sich
um ein dynamisches System.
Je nach Art ihrer Konstruktion sind kybernetische Systeme in unterschiedlichem Grad in
der Lage, auf Eingangsinformationen zu reagieren, ein vorgegebenes Ziel zu erreichen
oder sich der Umwelt anzupassen. Wichtige Mechanismen hierbei sind das Auslösen,
das Steuern, das Regeln und das Anpassen.
Von Auslösen spricht man, wenn eine Eingangsinformation bei einem Empfänger ein
bestimmtes Verhalten auslöst, entweder unmittelbar oder nach Verarbeiten der
Information (z.B. das In-Gang-Setzen einer Instinkthandlung). Spezielle Formen des
Auslösens sind das Ein- und Ausschalten.
Im Unterschied zum Auslösen handelt es sich beim Steuern (wie auch beim Regeln)
um eine zielgerichtete Beeinflussung eines Verhaltens. Von Bedeutung ist, dass das
Verhalten des gesteuerten Systems ohne Wirkung auf das Steuerungsprinzip bleibt. Ein
besonderer Fall von Steuerung ist das Abfangen einer Störung, das im Unterschied zu
einer Regelung präventiv geschieht.
Das zentrale Prinzip des Regelns beruht im Gegensatz dazu darauf, dass eine Störung
des Systems eingetreten und als Abweichung von einem vorgegebenen Ziel, dem
Sollwert, gemessen worden ist. Die Differenz zwischen Ist- und Sollwert wird in ein
passendes Signal umgewandelt und als Information zum Eingang des Systems
zurückgeführt. Mit dieser Rückkopplung (»Feedback«) wird ein so genannter
Regelkreis geschlossen. Üblicherweise wird diese Rückkopplung so eingespeist, dass
die durch die Störung hervorgerufene Änderung rückgängig gemacht wird. Diese Art der
Rückkopplung ist in natürlichen und technischen Systemen sehr verbreitet.
Beim Prozess der Anpassung wird ein Gleichgewicht mit der Umwelt angestrebt.
Das System entwickelt hier selbst einen Sollwert und legt diesen der künftigen Regelung
zugrunde. Eine besonders wichtige Form der Anpassung ist das Lernen. Voraussetzung
dafür ist, dass das System über einen Speicher oder ein Gedächtnis verfügt (lernfähiges
System). Besitzt ein kybernetisches System (Automat) einen Erfahrungsspeicher, mit
dessen Hilfe die gemachten Erfahrungen für künftiges Verhalten genutzt werden
können, dann liegt ein Lernmodell mit Optimierung vor. Ein Automat mit einem
internen Modell der Umwelt kann mögliche Reaktionen auf die Umwelt durchspielen und
die voraussichtlich optimale Reaktion ermitteln.
Obwohl die Wurzeln der Kybernetik z.T. weit in die Vergangenheit reichen, wird als ihr
Ursprung allgemein das Erscheinen des Buches »Cybernetics or control and
communication in the animal and the machine« von N. Wiener im Jahre 1948
angesehen, von dem auch die Namensgebung der Wissenschaft stammt.
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Subsumtion
[lateinisch] die, allgemein: Unterordnung von Begriffen unter einen Oberbegriff.
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Aus der Geschichte der Trigonometrie
Die Bezeichnung Trigonometrie kommt aus dem Griechischen und
setzt sich aus den griechischen Wörtern für „drei“, „Winkel“ und
„messen“ zusammen.
Die Anfänge trigonometrischer Kenntnisse sind nicht bekannt.
Belegt ist, dass im Altertum Babylonier, Chinesen und Ägypter
Zusammenhänge zwischen Winkeln und Längen kannten und
benutzt haben.
Die heute übliche Formelsprache ist aber erst im 18. Jahrhundert
von dem Schweizer Mathematiker LEONHARD EULER geschaffen
worden.
Winkelfunktionen
(trigonometrische Funktionen, Kreisfunktionen, goniometrische Funktionen),
Sammelbezeichnung für die transzendenten Funktionen Sinus (Formelzeichen sin),
Kosinus (Cosinus, cos), Tangens (tan), Kotangens (Cotangens, cot), Sekans
(Secans, sec) und Kosekans (Cosecans, cosec), die in der elementaren Geometrie als
Seitenverhältnisse im rechtwinkligen Dreieck dargestellt werden; für Winkel α ™ 90º
(im Bogenmaß ™ π/2) gilt (a Gegenkathete, b Ankathete, c Hypotenuse):
Für beliebige Winkel definiert man die Winkelfunktionen an einem Kreis mit dem Radius
R, dessen Mittelpunkt im Ursprung eines kartesischen Koordinatensystems liegt. Der
Punkt mit den Koordinaten [x (α), y (α)] gehöre zum (gerichteten) Winkel α. Die
Winkelfunktionen sind dann wie folgt definiert:
Die in den Definitionen verwendeten Verhältnisse sind nach den Strahlensätzen
unabhängig vom Radius R. Man wählt daher R = 1 (Einheitskreis), sodass z. B.
sin α = y und cos α = x wird.
Für die Winkelfunktionen ergeben sich u. a. die folgenden Eigenschaften:
sin2 α + cos2 α = 1; sin (⎬α) = ⎬sin α beziehungsweise cos (⎬α) = cos α;
cos [(π/2) ⎬ α] = sin α beziehungsweise sin [(π/2) ⎬ α] = cos α, ferner gelten die
Additionstheoreme, insbesondere:
Die grafische Darstellung der Abhängigkeit der Winkelfunktionen von der Größe des
Winkels, die im Allgemeinen im Bogenmaß angegeben wird, führt in kartesischen
Koordinaten auf die Graphen der Sinus- und Kosinusfunktion y = sin x
beziehungsweise y = cos x sowie der Tangens- und Kotangensfunktion y = tan x
beziehungsweise y = cot x. Die Winkelfunktionen sind periodische Funktionen mit der
Periode 2π für sin und cos und π für tan und cot. Die Umkehrfunktionen der
Winkelfunktionen sin, cos, tan und cot sind die Arkusfunktionen (zyklometrische
Funktionen), deren grafische Darstellung man durch Spiegelung der zugehörigen
Winkelfunktion an der Geraden y = x erhält. Wegen der Periodizität der
Winkelfunktionen kann man diese jeweils nur bei Einschränkung des
Definitionsbereiches auf geeignete Intervalle umkehren. Wenn x nur Werte zwischen
⎬π/2 und π/2 annehmen darf, gehört zur Sinusfunktion y = sin x die Arkusfunktion
Arkussinus: arcsin x = arcsin y; dabei hat y Werte zwischen ⎬1 und +1 (analog die
Umkehrfunktionen arccos y, arctan y, arccot y). Ferner sind die Winkelfunktionen mit
den Hyperbelfunktionen und durch die eulersche Formel mit der Exponentialfunktion
verknüpft.
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Taxie
[griechisch] die (Taxis), aktive Einstellung der Körperachse eines Organismus oder
Richtungsbewegung (z. B. bei Mikroorganismen) zu Reizquellen. Die Taxien können
auf die Reizquelle hin und von ihr weg (positive und negative Taxien) oder quer zu
einem Reizfeld (elektrische oder magnetische Feldlinien) erfolgen. Nach der Art der die
Taxien auslösenden Umweltwirkungen unterscheidet man u. a. Chemotaxie,
Phototaxie, Thermotaxie, Thigmotaxie (auf Berührung), Hygrotaxie (Feuchtigkeit)
und Geotaxie (Schwerkraft).
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Homöostase
[griechisch] die, Fähigkeit lebender Organismen zur Konstanthaltung bestimmter
physiologischer Parameter, z. B. Blutdruck, Körpertemperatur, Wasser- oder
Elektrolythaushalt, gegenüber Störeinflüssen.
Hier finden Sie in Überblicksartikeln weiterführende Informationen:
Homöostase: Regulation des inneren Milieus
Gesundheit und Krankheit: Verschiedene Definitionen
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Äquilibrist
[zu lateinisch aequilibrium »Gleichgewicht«] der (Equilibrist), Artist, der die Kunst des
Gleichgewichthaltens beherrscht (v. a. Seiltänzer).
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Hysterese
[griechisch] die (Hysteresis), Physik: Abhängigkeit des physikalischen Zustands eines
Objektes von vorausgegangenen Zuständen, beruht auf der Restwirkung (Remanenz)
nach Beseitigung der einwirkenden physikalischen Größe.
Als magnetische Hysterese bezeichnet man das Zurückbleiben der Magnetisierung M
ferromagnetischer Stoffe gegenüber der erregenden magnetischen Feldstärke H. Wird
ein bis zur Sättigung magnetisiertes Stück Eisen durch allmähliches Vermindern der
Feldstärke entmagnetisiert, so bleibt eine Restmagnetisierung, die Remanenz Mr, die
erst durch ein Gegenfeld von der Größe der Koerzitivfeldstärke Hc verschwindet. Bei
weiterer Steigerung wächst die Magnetisierung wieder, worauf der Gesamtvorgang
umgekehrt wiederholt werden kann. Bei unmagnetischem Material wird mit wachsender
Feldstärke H zunächst die Neukurve (auch jungfräuliche Kurve) bis zur
Sättigungsmagnetisierung, dem Maximalwert der Magnetisierung, durchlaufen; die
gesamte Kurve wird als Hysteresekurve oder Hystereseschleife bezeichnet. ⎭
Weniger leicht zu beobachten ist die dielektrische Hysterese von Stoffen mit
molekularem Dipolmoment. Die von einem äußeren Feld in einem Dielektrikum erzeugte
Polarisation klingt nach Abschalten des Feldes mit einer Exponentialfunktion ab. ⎭
Hystereseeffekte treten u. a. auch bei bei elastischen Beanspruchungen
(Nachwirkung) oder in Gasentladungen durch Nachwirkung früherer
Entladungszustände auf den augenblicklichen Zustand auf.
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Hall-Effekt: Strombahnen (blau) des elektrischen Stroms vor (gestrichelt) und nach
(ausgezogen) Ausbildung des Hall-Feldes (Feldstärke EH, Spannung UH auf der Breite
b) im angelegten homogenen Magnetfeld (Induktion B, rote Feldlinien; elektrische
Stromdichte j)
Doppler-Effekt,
1842 von dem österreichischen Physiker C. Doppler (* 1803, 1853) beschriebene
Veränderung der beobachteten Frequenz bei der Ausbreitung von Wellen (Schall-,
Lichtwellen u. a.), wenn sich Quelle und Beobachter relativ zueinander bewegen. Ein
Ton erscheint beim Näherkommen der Quelle höher, beim Entfernen tiefer. Ursache
dieses akustischen Doppler-Effekts ist, dass den Beobachter bei Annäherung der
Quelle pro Zeiteinheit mehr Wellenzüge erreichen, sodass die empfangene Frequenz
höher ist als bei unbewegter Quelle; entfernt sich die Quelle, ist es umgekehrt. ⎭ In der
Astronomie wird der Doppler-Effekt bei Lichtwellen (optischer Doppler-Effekt)
ausgenutzt, um die Bewegung der Himmelskörper in Richtung der Gesichtslinie zu
messen; sie äußert sich in einer Verschiebung der Spektrallinien in den Spektren der
Himmelskörper (Doppler-Verschiebung), und zwar zum kurzwelligen Blau (Violett),
wenn sich der Himmelskörper auf den Beobachter zu bewegt; eine Rotverschiebung
tritt auf, wenn sich der Himmelskörper vom Beobachter entfernt ( Hubble-Effekt). In der
Spektroskopie wird infolge der thermischen Bewegung der strahlenden Atome eine auf
dem Doppler-Effekt beruhende Verbreiterung der Spektrallinien (DopplerVerbreiterung) beobachtet.
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Permeabilität
[lateinisch] die, Physik: Formelzeichen µ, in magnetisch isotropen Stoffen
Proportionalitätsfaktor zwischen der magnetischen Induktion B und der magnetischen
Feldstärke H; B = µ H = µ0 µr H. Im Vakuum ist µ gleich der magnetischen
Feldkonstante µ0 (früher absolute Permeabilität des Vakuums,
Induktionskonstante): µ0 = 4π · 10-7 Vs/Am; die Permeabilitätszahl µr ist somit für
Vakuum gleich eins. µr = µ / µ0 ist die Permeabilität eines Stoffes bezogen auf µ0;
daher wurde µr auch relative Permeabilität genannt. Bei diamagnetischen und
paramagnetischen Substanzen ist die Permeabilität eine Materialkonstante, bei
ferromagnetischen Materialien hängt sie von der Feldstärke ab.
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Chopper
['× ™°∧, englisch] der, Physik, Technik: (Zerhacker), mechanisches, elektrisches oder
elektronisches Gerät zum Umwandeln einer Gleichspannung in eine Wechselspannung
beziehungsweise zur Zerlegung eines kontinuierlichen Licht- oder Teilchenstrahls in
periodische Impulse.
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Kortex,
Kurzbezeichnung für Cortex cerebri, die Großhirnrinde. ⎭ Gehirn.
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Polarisation
[lateinisch] die, Elektrodynamik, Optik: Eigenschaft elektromagnetischer Strahlung,
besonders des Lichts, unter bestimmten Bedingungen eine innere Ausrichtung
senkrecht zur Ausbreitungsrichtung zu zeigen. Sie erklärt sich aus dem transversalen
Charakter der elektromagnetischen Wellen: In einer ebenen Welle schwingen die
elektrische und die magnetische Feldstärke senkrecht zueinander und senkrecht zur
Ausbreitungsrichtung. In natürlichem Licht ändern sich die Richtungen dieser
Schwingungen statistisch; alle Lichtquellen mit Ausnahme der Laser emittieren
unpolarisiertes Licht. Beim Durchgang des Lichts durch eine besondere optische
Vorrichtung (Polarisator) werden jedoch nur bestimmte Schwingungsrichtungen
zugelassen. Bei linearer Polarisation bleibt die Schwingungsrichtung zeitlich konstant;
bei zirkularer Polarisation läuft der Endpunkt des elektrischen Vektors mit bestimmter
Geschwindigkeit auf einem Kreis um, bei elliptischer Polarisation auf einer Ellipse.
Polarisatoren zur Erzeugung polarisierten Lichts sind in erster Linie
Polarisationsprismen wie das Nicol-Prisma; zunehmend werden Polarisationsfolien
benutzt. Das aus dem Polarisator kommende Licht wird von einer zweiten Vorrichtung
der gleichen Art (Analysator) nur dann voll durchgelassen, wenn deren Vorzugsrichtung
zur ersten parallel steht. Im anderen Fall wird es je nach der Verdrehung des
Analysators gegen den Polarisator geschwächt und in der 90º-Stellung ausgelöscht.
Lässt man natürliches Licht unter einem Einfallswinkel von etwa 57º (Brewsterwinkel
oder Polarisationswinkel) auf eine ebene Glasplatte fallen, so ist das reflektierte Licht
vollständig linear polarisiert. Weitere Methoden zur Erzeugung polarisierten Lichts
nutzen die Doppelbrechung oder die unterschiedliche Absorbierbarkeit der beiden
senkrecht zueinander linear polarisierten Anteile des natürlichen Lichtes in gefärbten
doppelbrechenden Kristallen ( Pleochroismus) wie Turmalin aus. Eine Drehung der
Polarisationsrichtung um die Fortpflanzungsrichtung als Achse bewirken Stoffe, deren
Moleküle eine schraubenartige Struktur haben, z. B. Kristalle (Quarz) und
Zuckerlösungen. Je nach dem Drehsinn dieses optischen Drehvermögens
unterscheidet man links- und rechtsdrehende Stoffe ( optische Aktivität). ⎭ Künstlich
erzeugte elektromagnetische Wellen (Radio-, Funkwellen) sind immer linear polarisiert.
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