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Die andere Physik: die traditionelle
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Es gibt eine traditionelle Beteiligung von Physikern an der Entwicklung von Produkten und Produktionsprozessen in der Industrie. Diese werden sowohl theoretisch als auch experimentell durchgeführt, um die Mechanismen zu verstehen und an ihrer optimalen Anwendung teilzunehmen.
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Die andere Physik
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Der Vortrag besteht aus drei Teilen. Die erste fasst die traditionelle Art der Anwendung der Physik auf die Bedürfnisse der Industrie zusammen. In einem zweiten Teil wird gezeigt, wie wir es gewagt haben, das Verhalten von Menschen in der Gesellschaft zu modellieren, einschließlich der mit der Wirtschaft verbundenen Probleme. Abschließend wird vereinfacht gezeigt, wie diese Konzepte auf der Grundlage einer Situation wie der Verbreitung von COVID19 angewendet werden.
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Erfahrung
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Meine persönliche Erfahrung, die mich in gewisser Weise dazu berechtigt, über diese Themen zu sprechen, kann auf zwei Arten beschrieben werden:
• Arbeiten Sie als Berater in der Firma Price Waterhouse (und ähnlichen ähnlichen Vorher und Nachher) und beraten Sie den Betrieb von Unternehmen. Dies auf der Ebene des Produktdesigns, des Prozessbetriebs, des Vertriebsformens und der Geschäftsstrategie.
• Arbeit als Projektmanager bei der Firma Hilti AG, die an der Generierung von Grundwissen für die Entwicklung mehrerer Produkte, Produktionsprozesse und Marktbeteiligung beteiligt ist.
Während das erste die Unterstützung aus einer allgemeineren Perspektive ist, ist das zweite die detaillierte Umsetzung von Projekten im Zusammenhang mit diesen Themen.
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Beispiel für eine Arbeit außerhalb der Akademie
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Eines der bekanntesten Beispiele für Physiker außerhalb der Wissenschaft ist das Manhattan-Projekt, in dem die erste Atombombe entwickelt wurde. Die Welt sieht das Projekt heute als großen Erfolg an, im Gegensatz zu den Physikern, die daran teilgenommen haben. Viele waren deutscher Herkunft, aber als Juden wanderten sie in die USA aus, um einer Verfolgung zu entgehen. Für sie bestand die Priorität darin, zu verhindern, dass Heisenberg, der das deutsche Projekt leitete, Erfolg hatte und die Vereinigten Staaten von Hitler angegriffen wurden.
Die Bombe endete jedoch nach der Kapitulation Deutschlands, und die amerikanische Regierung beschloss, die Bombe auf Japan abzuwerfen. Es wurde zu einer Zeit geworfen, als bereits bekannt war, dass Japan den Krieg verloren hatte, und es wurde argumentiert, dass es den Verlust amerikanischer Leben bei der Invasion der Insel verringern sollte.
Heute gibt es Stimmen, dass die eigentliche Ursache darin bestand, Russland daran zu hindern, in den Krieg mit Japan einzutreten, und dass es in West- und Ostjapan eine weitere Trennung gab, da es bereits in Deutschland braute.
Für die Physiker und Robert Oppenheimer, den wissenschaftlichen Leiter des Projekts, war das Problem moralisch. Zwei Bomben wurden auf zwei Städte abgeworfen, in denen zwischen 110 und 210.000 Zivilisten (und nur etwa 20.000 Militärs) getötet wurden, um den Nationalsozialismus nicht aufzuhalten, und auf ein Land, das den Krieg technisch bereits verloren hatte.
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Der Trick, aus dem die Hilti AG hervorging
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Die Hilti AG ist ein Unternehmen, das heute in 120 Ländern präsent ist und weltweit 30.000 Mitarbeiter beschäftigt. Sie wurde 1941 von Martin Hilti auf der Grundlage einer sehr einfachen Idee gegründet, die es ihr ermöglichte, über ein Patent viele Jahre lang Exklusivität zu gewährleisten. Das Produkt ist die Nagelpistole. Das Bild zeigt einen Nagel, einen Hammer, der ihn drückt, und die Patrone mit Schießpulver. Um die Arbeit zu beschleunigen, sind die Elemente auch in Multi-Shot-Versionen mit mehreren Nägeln und mehreren Patronen erhältlich.
Der Schlüssel zu Hiltis Patent war, dass es ihm gelang, die Gefahr zu vermeiden, dass die Waffe als Waffe eingesetzt wurde. Zu diesem Zweck führt einen Hammer ein, mit dem der kahle Kopf mit niedriger Geschwindigkeit geschossen werden kann, ohne die Energie zu verringern, die erforderlich ist, um in das zu nagelnde Objekt einzudringen. Da der Hammer dies erreicht, ist dies ein physikalisches Prinzip, das im nächsten Blatt erläutert wird.
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Die Physik des Tricks
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Der Schlüssel zum Antrieb des Nagels ist die Energie, die er schließlich hat. Da dies zunächst kinetische Energie ist\\n\\n
$E=\displaystyle\frac{1}{2}mv^2$
,
mit
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Möglichkeit der Verwendung von Gas
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Eines der Projekte, an denen wir gearbeitet haben, war die Herstellung eines Industriehakens (anstelle eines Naglers) unter Verwendung von Gaskartuschen anstelle von Patronen oder Gas über Schläuche. Die Lösung wurde gefunden, nachdem uns ein Patent angeboten wurde, bei dem der Erfinder einen Ventilator in die Brennkammer eingeführt hatte. Das Problem der Erfindung war der Betrieb des Ventilators aufgrund der Probleme der Rückstände und der Luftdichtheit der Kammer. Aber es war interessant, dass es jemandem gelungen war, Gas zu verwenden, da dies unserer Meinung nach nicht machbar war. Das Problem ist, dass sich beim Verbrennen des Gases eine Flammenfront bildet, an der das Gas brennt. Die Front rückt mit einer Geschwindigkeit vor\\n\\n
$s^o_L=\displaystyle\sqrt{\alpha\dot{\omega}\left(\displaystyle\frac{T_b-T_i}{T_i-T_u}\right)}$
Dabei ist
Hinweis: Dies ist der Grund, warum bei einem Gasleck ein Fenster geöffnet wird, um nicht nur zu lüften, sondern vor allem um weitere Schäden durch erhöhten Druck bei der Verbrennung zu vermeiden. Da die Flammenfront langsam ist, wird die Luft durch das Fenster nach außen verdrängt und erzeugt niemals einen hohen Druck. Dies ist der Mechanismus, mit dem der Schaden erzeugt wird.
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Lösung in der Zerstörung der Flammenfront
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Der Trick des Lüfters besteht darin, dass die Flügel die Flammenfront brechen und mehrere Mini-Fronten erzeugen, die in der Brennkammer verteilt sind. Dies führt zu einer außerordentlichen Beschleunigung der Gasverbrennungsrate.
Sobald der Mechanismus verstanden ist, können Alternativen analysiert werden, um den Mechanismus zu nutzen. In diesem Fall wurde der Schluss gezogen, dass es effizienter und weniger schwierig ist, die Einführung von Gasstrahlen aufrechtzuerhalten, die Turbulenzen erzeugen, die einen ähnlichen Effekt haben.
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Notwendigkeit die Nägel mit Zink zu bedecken
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Damit die Nägel nicht rosten, sind sie mit Zink beschichtet. Oxidation ist ein Prozess, bei dem zwei Elektronen von Eisenatomen freigesetzt werden, die mit Sauerstoff reagieren und Eisenoxid bilden, das bekannte rötliche Oxid. Die Zinkbeschichtung verhindert in erster Linie, dass das Eisen Kontakt mit Wasser hat. Zweitens reagiert im Falle einer Fragmentierung der Bedeckung das Zink und vermeidet, dass das Eisen Schutz bietet, solange sich Zink auf der Oberfläche befindet.
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Bedeckung durch fall durch Zinkstaub
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Una forma elegante de cubrir el clavo es dejarlo que al final del proceso de fabricación, en que este a una temperatura alta, caiga por un polvo de zinc en suspensión. De esta forma los granitos de zinc se derritieran en la superficie y, si la tensión superficial es adecuada, tendera una distribución sobre la superficie.
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Untersuchung von Logistikketten
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Ein weiterer Arbeitsbereich sind Logistikketten. Hierzu werden die Prozesse einschließlich untersucht
• Produktionsfrequenz und -volumen
• Häufigkeit und Volumen des Komponentenbedarfs
• Transferzeiten und notwendige Lagerkapazität, einschließlich Mittel
• Klage einschließlich Klage- und Übertragungsbeschränkungen
Damit werden Simulationsmodelle erstellt, in denen der Durchfluss und die Schwankungen davon untersucht werden können. Darüber hinaus können Alternativen untersucht werden.
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Beispiel für eine Optimierung der Logistikkette
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Eines der radikalen Beispiele ist eine von Walmart in den USA eingeführte Technik, das sogenannte 'Crossdocking'. Bei diesem Konzept geht es darum, Lager und die gesamte damit verbundene Logistik zu eliminieren und die Ankunft mit dem Einsatz von Ressourcen zu koordinieren, was als 'just in time' oder just in time bezeichnet wird. Bei diesem Konzept kommt beispielsweise ein Kauf an, der sofort in den richtigen Anteilen an Lastwagen verteilt wird, die zu den Zielen fahren, an denen sie verwendet werden:
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