Excel
Microsoft Excel ist das am weitesten verbreitete Tabellenkalkulationsprogramm. Excel gehört zur Microsoft-Office-Suite.
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Kaum zu glauben aber wahr: Die Artikel über FFT mit Matlab sowie fast alle Excel Beiträge sind immer in den Top10 dieses Blogs. Die zahlreichen EMails und Kommentare dazu, welche hauptsächlich verzweifelte fragende Studierende absetzen, zeigen mir, dass es zu diesen Themen großes Interesse gibt.
Im Schulunterricht steht oft eine Funktion f(x) zur Verfügung, welche symbolisch integriert werden kann (Stammfunktion bilden) und dann das bestimmte Integral in den Grenzen berechnet wird. Im Alltag des Ingenieurs ist das eher selten der Fall. Der wesentlich häufigere Fall ist, dass bestimmte Messwerte numerisch integriert werden müssen. Sei es in Excel oder auf einem Steuergerät (Mikrocontroller).
Als Beispiel soll die von einem Beschleunigungssensor gemessene Längsbeschleunigung eines Fahrzeugs dienen. Gesucht ist die Fahrzeuggeschwindigkeit.
Der mathematische Zusammenhang zwischen Beschleunigung und Geschwindigkeit ist klar: Integration über der Zeit. Doch wie kann man das Problem mit Excel (oder jeder anderen Tabellenkalkulation) lösen, wenn gar keine Funktion a(t) zur Verfügung steht, welche man dann symbolisch integrieren kann?
In vielen Bereichen der Ingenieurstätigkeit bilden Differentialgleichungen die realen Zusammenhänge mathematisch ab. Dabei ist eine Differentialgleichung eine Gleichung, die außer der unbekannten Funktion y(x) auch noch deren Ableitungen y’(x), y’’(x), … yn(x) enthält. Die höchste vorkommende Ableitung n wird als Ordnung der Differentialgleichung bezeichnet. Die Lösung von Differentialgleichungen sind keine konkreten Zahlen (wie bei herkömmlichen Gleichungen), sondern ebenfalls Gleichungen! Je nach Anfangsbedingungen entstehen für ein und dieselbe Differentialgleichung unterschiedliche Lösungsgleichungen. Oftmals sind Differentialgleichungen auch gar nicht symbolisch lösbar, so dass sowieso nur eine numerische Berechnung zum Ziel führt.
Als Beispiel soll hier das oft verwendete schwingungsfähige System eines Feder-Dämpfer-Masse Systems genutzt werden.