Einführung in die Simulation
Unser neues Semesterthema für das S3 ist die Simulation. Simulationen kommen in vielen verschiedenen Gebieten zum Einsatz. So gibt es eine Vielzahl an Simulationen, die zur Unterhaltung dienen, wie Flug-, Bahn-, oder Landwirtschaftssimulationen. Darüber hinaus werden Simulationen aber auch zum wirtschaftlichen und wissenschaftlichen Nutzen eingesetzt.
Grundsätzlich ist eine Simulation ein Abbild der Realität, in dem verschiedenste Szenarien durchgerechnet werden können. Durch eine Simulation lässt sich ein Ereignis in der Zukunft oft sehr genau vorhersagen, so können beispielsweise Kosten antizipiert, oder ein Sturm vorhergesagt werden. Darüber hinaus gibt es eine Vielzahl weiterer Gründe, die für die Verwendung einer Simulation sprechen. So ist es z.B. möglich Versuche durchzuführen, die nicht einmal im Mikroskop erkennbar sind oder solche, die unser gesamtes Universum betreffen. Außerdem ist es häufig günstiger ein Programm zu entwickeln, als ein echtes Modell zu bauen, oder einen komplizierten Versuch durchzuführen. Darüber hinaus ist ein weiterer wichtiger Faktor, dass bei einer Simulation niemand in Gefahr gerät, so können beispielsweise Auto- oder Zugunfälle sicher simuliert werden, um Sicherheitsvorrichtungen zu verbessern.
Um eine möglichst realitätsgetreue Simulation zu erstellen, braucht man alle wichtigen Daten. So müssen bei einer Simulation der Statik eines Hauses Faktoren wie das Baumaterial, Wetterkonditionen, die Bodenqualität und vieles mehr eingerechnet werden. Je mehr Faktoren man mit einbezieht, desto genauer wird auch das Ergebnis. Um die Funktionsweise eines Simulationsprogramms aber tatsächlich festzustellen benötigt man fundierte Daten mit denen man die Simulationsergebnisse vergleichen kann. So bietet es sich beim Statik Simulator an, bei einem baugleichen Haus Messungen der Statik an möglichst vielen verschiedenen Stellen vorzunehmen und diese dann mit den Ergebnissen des Simulator zu vergleichen. Erst dann kann man mit ziemlicher Sicherheit Prognosen für weitere Häuser abgeben.
Die erste Simulation
Unsere aller erste Simulation simuliert das Einlaufen von Wasser in eine 100l fassende Badewanne. Die Aufgabe war in Excel eine Tabelle und eine passende Grafik zu erstellen. Die Fließgeschwindigkeit sollte 5 l/min betragen.
Wir haben also eine Tabelle mit zwei Spalten, eine für die Minuten, die andere für den Füllstand in Liter, angelegt. Die Grafik rechts daneben veranschaulicht den ansteigenden Füllstand der Badewanne. Wie erwartet ist die Badewanne nach 20 Minuten vollgelaufen.
Dies ist die wohl simpelste Form einer Simulation, ist jedoch trotzdem ein gutes Beispiel da es den Verlauf des Füllstands detailliert simuliert, solange die Fließgeschwindigkeit gleichmäßig ist, und zwischendurch kein Wasser aus der Wanne entnommen und keins hinzugefügt wird. Ab da macht Excel als Simulationsprogramm keinen großen Sinn mehr. Im nächsten Blogeintrag wird deshalb eine Simulation des gleichen Problems in einem anderen Programm gezeigt werden.
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