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3 welafi - ein web-basierter Laborversuch

1. I lt Ein Test Cookie wird gesetzt Session test 1 Weiterleitung zum zweiten Teil der Ueberpruefung Response Redirect http 129 13 145 2 1abcam session cookie test 2 asp gt E 2 session_cookie_test_2 asp angsvoraussetztung gt Teil der Ue lt aufrufen des eben Response Expires 0 gt t Weiterleitungslink ins Lab cookies yes lab active asp Weiterleitungslink auf Hinweisseite fuer den Cookiegebrauch cookies no help no cookies htm if Session test 1 then ok true else ok false end if if ok then response redirect cookies yes else response redirect cookies no end if amp gt speicherten Cookies fuer das Lab E 1 Anhang E ASP Quellcode E 3 lab active asp lt lab active asp gt lt Screen fuer den aktiv steuernden mit den Frames Schaltkonsole links gt lt und dem variablen Videostreamscreen rechts Response Expires 0 35 lt aktiv 1 passiv 0 Weiterleitungslink zur Besetzt Seite busy link labcam lab passive asp berpruefung ob der Benutzer den aktuellen Schl ssel schon hat d h wenn die sessionID ungleich dem key ist und das Lab gelockt ist IF Application Contents glvar key Session SessionID AND Applica tion Contents glvar lock 1 THEN dann wird der Benutzer in den passive mode geschickt response redirect busy link und wenn nicht wird ELSE die Application fue
2. Kapitel 3 welafi ein web basierter Laborversuch Seite 32 welche einfach als URL an victr1 vi geschickt wird ffnet und startet strom vi und setzt die boolesche Variable Licht auf on Der Beginn der Parameter bergabe wird bei CGI in der Regel von einem gt eingeleitet und die einzelnen Parameter werden typischerweise durch ein voneinander getrennt Die Trennung von Parametername und wert erfolgt durch ein Die praktischere Verwendung in Verbindung mit auf POST bermittlung basierenden HTML Formularen kann erst im n chsten Kapitel deutlich gemacht werden denn bei der Verwendung des VI Control CGIs hat sich leider gezeigt dass nur die Kommunikation via URL also durch einen expliziten Link funktioniert Deshalb muss die URL zur Steuerung von motor vi auch zun chst relativ umst ndlich er scheinend per ASP Skript dynamisch erzeugt werden siehe dazu Punkt 3 in Kapitel 3 4 4 3 Eine solche URL soll sie z B eine Motorspannung von 57 dV anlegen w rde folgendermas sen aussehen http 129 13 120 9 cgi bin examples victrl vi motor vi amp command run amp open amp SetInt Drehzahl 57 Dieser Befehl unterscheidet sich von dem oberen lediglich dadurch dass hier in motor vi mit Set int der Integer Variable prenzani ein bestimmter Wert 57 zugewiesen werden soll Die Blockdiagramme aller besprochenen VIs befinden sich im Anhang C Die f r das Control VI CGI wichtigen Parameter befinden sich im Anhang D 3 4 3 Videostrea
3. Mit dem Aufruf von dem gr nhinterlegten Link Help erh lt der Benutzer die Benutzungshin weise zu den oben beschriebenen Bedienungselementen Kapitel 4 Versuchsdurchf hrung Seite 43 4 Versuchsdurchf hrung Dieses Kapitel soll zeigen inwieweit die theoretischen Ans tze vgl Kapitel 2 2 3 im vorlie genden Labor praktisch angewandt werden k nnen und wie eine typische Versuchsdurchf h rung im web basierten Labor f r Grenzfl chenwellen abl uft 4 1 Ermittlung der Periode Um die Perioden T f r die verschiedenen internen und externen Moden stehender Wellen zu ermitteln besteht nach dem L sen der im Grundlagenkapitel 2 2 3 hergeleiteten Bestim mungsgleichungen auch die M glichkeit durch blo e Betrachtung und Ausprobieren diese Perioden experimentell zu verifizieren Dies ist eine wichtige Aufgabe des vorliegenden Ver suchsaufbaus Dabei dienen die theoretisch ermittelten Perioden zun chst als erste Orientierung Sie bilden den jeweiligen Startwert f r die anschlie ende schrittweise Anpassung der Anregungsfre quenz im Labor durch die nderung der Motorspannung Der Startwert l sst sich nach Um stellung von Gleichung 3 1 mit U in 4 1 Motor Start nur in etwa absch tzen vgl Seite 41 Bei der Anpassung orientiert man sich an den ma geblichen Kriterien der stehenden Muster von Wellen Als erstes Kriterium muss die Amplitude f r die jeweilige Mode maximal wer den Nur bei kurzzeitiger exakter berl
4. um daraus die Abmessungen f r das Java Applet Fenster zu extrahieren if Application glvar_motor 0 OR Application glvar motor unknown then period unknown ElSE period amp Round exp 5 7063 1 099 log Application glvar_motor 2 amp s END IF Application fuer exklusiven Zugriff vorbereitet Application Lock Videokonfiguration wird zusaetzlich als globale Variablen gespeichert um sie spaeter abzuru fen Application glvar resolution Request Cookies c resolution Application glvar compression Request Cookies c compression Anhang E ASP Quellcode E 7 Ausrechnen der ungefaehren Periode aus der Drehzahl Application glvar period period Adresse des Client Rechners wird zu Adminstrationszwecken ermittelt Application glvar host request servervariables REMOTE HOST Application glvar addr request servervariables REMOTE ADDR Application wird wieder freigegeben Application Unlock If Application glvar resolution 176x144 Then strWidth 176 strHeight 144 ElseIf Application glvar resolution 352x288 Then strWidth 352 strHeight 288 Else strWidth 704 strHeight 576 End If gt lt DOCTYPE HTML PUBLIC W3C DTD HTML 3 2 Final EN gt lt table border 0 width 100 style margin top 10 margin bottom 10 cellspacing 0 gt Ctr td width 30 align right gt lt p align right gt lt font face Arial
5. Schaltkonsole gt lt linker Frame von lab_active asp gt lt html gt lt head gt lt meta http equiv Content Type content text html charset windows 1252 gt lt meta http equiv Content Language content en us gt lt meta http equiv expires content 0 gt lt meta name GENERATOR content Microsoft FrontPage 4 0 gt lt meta name ProgId content FrontPage Editor Document gt lt title gt Lab Cam select lt title gt base target self lt SCRIPT LANGUAGE JavaScript gt lt Die Stoppuhr als clientseitiges JavaScript gt lt This script and many more are available online from gt lt Data Creek Design http datacreek com design gt lt Begin var ms 0 var state 0 function startstop if state 0 state 1 then new Date then setTime then getTime ms else state 0 now new Date ms now getTime then getTime document stpw time value ms function swreset state 0 ms 0 document stpw time value ms function display setTimeout display 50 if state 1 now new Date ms now getTime then getTime document stpw time value ms End gt lt SCRIPT gt meta name Microsoft Theme content diploma beta weiss background 111 default gt lt meta name Microsoft Border content none gt lt head gt lt BODY onLoad display gt
6. Te 2 3 f Die Kreisfrequenz ist wie folgt definiert 0 2zf 2 4 Die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Welle c entspricht dem Quotient von Kreisfrequenz und der Wellenzahl ns 2 5 Ist der Zusammenhang zwischen und k linear so spricht man von sogenannten nicht dispersiven Wellen Schallwellen sind ein Beispiel f r solche Wellen Im gleichen Medium ist die Schallgeschwindigkeit demnach konstant unabh ngig von den Eigenschaften der Welle Die Amplitude a oder auch y a entspricht der maximalen Auslenkung eines Teilchens von der Ruhelage aus Abb 2 2 Augenblicksbild einer fortschreitenden Welle LINDNER 1993 Prinzipiell l sst sich jede St rung also auch eine nicht sinusf rmig verlaufende Schwingung nach Fourier in ihre harmonischen Bestandteile Grundschwingung und Oberschwingung zerlegen Kapitel 2 Grundlagen Seite 16 2 2 2 Stehende Wellenmuster Begrenzt man ein System in dem sich eine Welle fortbewegt nun auf der linken und rechten Seite so kommt ein neues wichtiges zu untersuchendes Wellenph nomen ins Spiel Eine durch das System laufende Welle wird z B an der Wand zu 100 reflektiert und es entsteht neben der reflektierenden Welle ein Muster welches sich aus diesen beiden entgegenlaufen den Wellen nach dem Prinzip der Superposition bildet Der Betrachter sieht in der Tat nur noch dieses Muster einer Welle sobald die erste fortschreitende Welle vollst ndig reflektiert worden ist D
7. lt div align center gt lt center gt lt table border 0 width 150 gt Spp td width 50 bgcolor 66FF66 gt lt p align center gt lt b gt lt font face Arial gt lt a href welcome asp tar get Hauptframe gt Help lt a gt lt font gt lt b gt lt td gt td width 50 bgcolor FF6666 gt lt p align center gt lt b gt lt a href _unlock htm target _top gt Logout lt a gt lt b gt lt td gt lt tr gt lt table gt lt center gt lt div gt lt form method POST action set_video_cookies asp target Hauptframe gt lt div align center gt lt center gt lt table border 0 width 150 bgcolor FFFF99 cellspacing 0 style margin top L53 SEKS lt td width 100 align center gt lt p align center gt lt b gt amp nbsp 1l Videostream amp nbsp fb fug Anhang E ASP Quellcode E 4 lt tr gt ers td width 100 align center gt lt font size 2 gt amp nbsp resolution lt br gt lt font gt select size 1 name resolution onChange document forms 0 submit style font size 8pt option value 176x144 gt 176x144 pixel lt option gt lt option value 352x288 selected gt 352x288 pixel lt option gt lt option value 704x576 gt 704x576 pixel lt option gt lt select gt lt td gt S EE lt tr gt td width 100 align center gt lt font size 2 gt amp nbsp compression lt br gt lt font gt lt select size 1 name compression onChang
8. nur f r Administration E Steuerung V Beob Steuerung x via Fernsteuerungsoftware z B VNC interaktiv nur f r Administration vorhanden via Webcam passiv nur visuell vorhanden INTERNET Beobachtung ta A K NY Steuerung ON NEN Video Server Laborversuch Abb 2 1 Steuerung berwachung eines Versuchsstands via Internet http www get agilent com gpinstruments products vee support Kapitel 2 Grundlagen Seite 7 Die grunds tzliche Fragestellung lautet nat rlich Warum soll mein Versuchsstand ber das Web zug nglich sein Dabei muss man grunds tzlich unterscheiden zwischen einem passiven Zugang via Webcam zu Beobachtungszwecken und einem direkten bzw indirekten Zugriff auf den Steuerrechner Abb 2 1 verdeutlicht dies auf einfache Weise Die Webcam findet h ufig Verwendung Sie liefert lediglich ein visuellen Eindruck die Im plementierung ist verh ltnism ig einfach und ist auch mit keinerlei Risiken verbunden Ein direkter Zugriff auf den Steuerrechner d h zu allen seinen Funktionalit ten ist schon aus Sicherheitsgr nden lediglich zu Administrationszwecken sinnvoll l sst sich aber bei Bedarf mit Hilfe spezieller Fernwartungssoftware PCAnywhere vnc etc einfach realisieren Das Ziel eines web basierten Labors besteht
9. tion f r das World Wide Web WWWo und entwarf die daf r notwendige Seitenbeschrei bungssprache HTML Hypertext Markup Language Das WWW entwickelte sich daraus zu einem der wichtigsten Internetdienste Seit den Anf ngen des WWW zu Beginn der 90er Jahre sind nicht nur die weltweite Verbrei tung sondern auch die technischen M glichkeiten und besonders die verf gbaren Bandbreiten im Internet drastisch angestiegen Die im WWW verf gbaren Ressourcen stehen rund um die Uhr zur Verf gung Zeit und Ortsgrenzen verschwinden nahezu vollstindig Das WWW be findet sich zur Zeit vor einem weiteren wichtigen Schritt Neben den g ngigen Ressourcen wie statischen Texten und Bildern kann eine weitere ganz wichtige Ressource das Video in die Strukturen des WWW eingebunden werden Dabei er ffnet besonders der Live Videostream ganz neue M glichkeiten Die reale Welt au erhalb der Rechner h lt direkten Einzug in die Strukturen des sonst so virtuellen WWW Wahrend Berners Lee damals den Grundstein f r den unkomplizierten weltweiten Informati onsaustausch zwischen Universit ten und anderen Forschungseinrichtungen legte so bietet sich der Wissenschaft heute mit den neuen Techniken des Internets die M glichkeit neben den digitalen Informationsressourcen auch materielle Ressourcen ber das Internet zu teilen Eine der notwendigen und logischen Fortentwicklungen des WWW liegt daher in der Verf g barmachung der Ressource Laborversuche Bes
10. 967720 62 Anhang B Bounded interfacial waves B 1 Anhang B Bounded interfacial waves In order to understand the physics of internal waves we must first derive and comprehend its governing equations This follows the derivation by Socolofsky 2001 In this paper periodic motions in stratified fluids will be considered As with unstratified sys tems waves can be present on any free surface Unique to stratified systems however isopicnals lines of constant density may also exhibit wave like motions Such wave like motions in continuously stratified systems are called internal waves Internal wave like mo tions in layered systems where the density gradient jumps between the layers and is constant within a layer are called interfacial waves At this point we will examine interfacial waves since they are easier to study mathematically and since they still remain a good model of the density structure in many natural environ ments e g lakes reservoirs estuaries and oceans In the following we present the analysis for a bounded domain which will lead us to the dispersion relation for interfacial waves Figure 1 Stratified and bounded two layer sytem Socolofsky 2001 We want to consider a stratified two layer bounded system as it is shown in Figure 1 For our analysis we have to make the following simplifying assumptions 1 The two fluids are immiscible so that an interface is existing 2 Both the upper and lower
11. gbaren Internetbandbreiten eine leis tungsf hig Kompressionstechnologie erforderlich ist Gleichzeitig steigt die Anforderung an die bermittelte Bildrate mit der Ablaufgeschwindigkeit des am Versuchsstand zu beobach tenden Prozesses Um Kameras mit dem Netz zu verbinden beschreibt SCHLEDE 2000 zwei grundlegende Techniken Am verbreitetsten ist wohl die Methode die Kamera direkt an einen PC oder eine Workstation anzuschlie en die wiederum mit dem Internet verbunden ist Dazu bieten sich z Z die f r den Privatanwendungsbereich angebotenen USB Kameras an Sie werden ber die USB Schnittstelle direkt mit dem PC verbunden der mittels Software die Komprimierung der Bilder und die bertragung ins Netz ber seine IP Adresse bernimmt http www ni com labview 3 USB Universal Serial Bus Kapitel 2 Grundlagen Seite 12 Da relativ preiswerte Hardware verwendet wird ist die Bildqualit t oft eher m ig und zur Erzeugung h herer Bildraten sind diese Kameras meist nicht in der Lage Zudem ist man f r den Betrieb zus tzlich auf einen PC mit einem stabil laufenden Betriebssystem angewiesen welches bei Einsatz von Windows Systemen nicht immer gew hrleistet ist Eine professionellere und zudem einfacher zu handhabende L sung stellen Netzwerkkameras dar die als Stand alone Modell arbeiten Sie werden ber eine eigene IP Adresse direkt an das Netzwerk angeschlossen und verf gen ber spezielle Hardware zur schnellen Kompr
12. rbt siehe Abb 3 2 Abb 3 2 Becken mit den gef rbten Fluiden Erste Versuche in einem Testbeh lter aus Plexiglas haben gezeigt dass sich durch die Kom bination von Plexiglas Wasser Silikon l durch den Einfluss der Oberfl chenspannung ein 1 centistoke 1 cm s gt vm3 3 10 m s Kapitel 3 welafi ein web basierter Laborversuch Seite 26 relativ starker Meniskus an der Wand einstellt Dieses Problem konnte mit dem Glasbeh lter der zudem mit 10 cm doppelt so breit ist und somit den Einfluss der Oberfl chenspannung reduziert behoben werden Die Erzeugung der Wellen im Becken erfolgt durch einen sich vertikal mit einem Hub von 4 5 cm bewegenden K rper siehe Abb 3 3 der sich an der rechten Beckenseite befindet siehe Abb 3 2 O c Abb 3 3 Skizze des Wellenerzeugungsk rpers mit Abmessungen in mm F r den Antrieb des St rk rpers sorgt ein Elektrogleichstrommotor der mit einem Unterset zungsgetriebe ausgestattet ist und ber einen Zahnriemen mit einer weiteren Untersetzung einen Umlenkungsmechanismus bewegt der seinerseits eine Stange mit dem Wellenerzeu gungsk rper hebt und senkt siehe Abb 3 4 Der Elektromotor wird von einem programmierbaren digitalen Netzger t gespeist das von 0 30 V bei bis zu 2 5 A betrieben werden kann Hinter dem Becken befindet sich noch eine d nne milchfarbene Plexiglasscheibe die das Licht der dahinter befindlichen zwei Leuchtstoffr hren streut So ist d
13. welche speziell f r den automatisierten Dauerbetrieb und die Videostream basierte Visua lisierung notwendig sind und weiter unten beschrieben werden Kapitel 3 welafi ein web basierter Laborversuch Seite 25 3 2 Definition des Laborversuchs Die Aufgabe des Laborversuchs ist es in einem Beh lter der mit zwei nicht mischbaren Fl s sigkeiten gef llt ist durch eine kontinuierliche mechanische Anregung verschiedene stehende Wellenmuster von Wellen zu erzeugen Das Anregen der ersten drei baroklinen sowie der ersten zwei barotropen Moden soll m glich gemacht werden vgl Kapitel 2 2 3 Als Beh lter dient ein innen 75 cm langes und 10 cm breites Glasbassin mit einer H he von 50 cm Das 10 mm dicke Glas ist gew hnliches Floating Glas wie es f r den Aquarienbau verwendet wird Bei den verwendeten Fl ssigkeiten handelt es sich zum einen um demineralisiertes Wasser mit einer Dichte von etwa 999 kg m und zum anderen um Silikon l M3 Das Silikon l ist mit einer Viskosit t von 3 Centistokes etwa dreimal so z hfl ssig wie Wasser Die Dichte schwankt beim Silikon l zwischen 900 kg m bei 25 C und 930 kg m bei 0 C Die Tempera turabh ngigkeit der Dichten ist dazwischen in etwa linear BAYER AG 1997 Die untenliegende Wasserschicht ist etwa 9 3 cm hoch und ist mit Rhodamine WT hellblau eingef rbt Die dar berliegende Schicht mit Silikon l ist 8 cm dick und ist mit einer vor dispergierten Farbl sung leicht r tlich gef
14. 0 gt min lt option gt lt option value 30 selected gt low lt option gt lt option value 50 gt medium lt option gt lt option value 70 gt high lt option gt lt option value 90 gt very high lt option gt lt select gt lt td gt egt tre td width 50 align center gt lt p align center gt lt input type submit value Make Snap shot name Send style font size 8pt gt lt p gt lt td gt hee lt table gt lt center gt lt div gt lt input type hidden name camera value 1 gt form font color FF0000 gt lt b gt lt p align center gt lt a href survey htm target _top gt lt font face Arial size 2 gt To the survey lt font gt lt a gt lt p gt lt b gt font body html Anhang E ASP Quellcode E 6 E 5 set video cookies asp lt set video cookies asp gt lt speichert die ueber das Formular gesendeten Videoeinstellungen Aufloesung und Kompressi on gt lt in Form von nicht permanenten Cookies ab fuer den spaeteren Abruf bei aenderung der Drehzahl lt resolution CStr Request Form resolution compression CStr Request Form compression Response Cookies c resolution resolution Response Cookies c compression compression Weiterleitung zum Videoanzeigeframe Response redirect main frame asp gt lt html gt lt head gt lt meta name Microsoft Border content none gt lt head
15. 56 Literaturverzeichnis AXIS COMMUNICATIONS 2000 Datasheet of Axis 2400 Video Server lt http www axis com documentation datasheet 2400 ds2400_2401 pdf gt abgerufen am 24 11 2000 AXIS COMMUNICATIONS 2001 Axis 2400 Videoserver Firmware lt http www axis com techsup cam_servers cam_2400 firmware_rc asp gt abgerufen am 17 04 2001 BAYER AG 1997 Bayer Silicone Baysilone Ole M S 5 GILL ADRIAN E 1982 Atmosphere Ocean Dynamics International Geophysics Series Volume 30 Academic Press S 122 JIRKA G H 1999 Vorlesungsunterlagen zu Environmental Fluid Mechanics II Stratified Flow and Mixing Processes Institut f r Hydromechanik Universit t Karlsruhe Aus gabe 1999 KISTLER ROBERT 2000 Class Notes for Mixing amp Waves in Aquatic Ecosystems Course BIO321 Fall 2000 Bethel College St Paul Minnesota lt http www bethel edu kisrob bio321 class_notes mixing mixing htm gt abgerufen am 14 2 2001 KOSSEL AXEL 2000 Internetzug nge im Vergleich Flatrate und Highspeed Alternativen C t Magazin f r computer technik Heise Verlag Ausgabe 21 S 102 104 LINDNER HELMUT 1993 Physik f r Ingenieure Fachbuchverlag Leipzig 14 Auflage S 177 190 LOVISCACH J RN 2000 Video bertragung per Internet C t Magazin f r computer technik Heise Verlag Ausgabe 6 S 154 166 LOVISCACH J RN 2001 Die elektronische Uni Neue Medien in der Lehre C t Magazin f r computer technik Heise Verl
16. 9 werden k nnen und im Gegensatz zu h heren Programmiersprachen nicht kompiliert werden m ssen Besonders beliebt sind die plattform bergreifenden Skriptsprachen TCL und Perl neben Python und diverser Unix Shells Da CGI Programme f r jeden einzelnen Aufruf ge ffnet und geschlossen werden m ssen kann es allerdings bei geh uften Zugriffen schnell zu Performanceproblemen auf dem Webserver kommen Einen fortschrittlicheren Ansatz verfolgen Webserver Erweiterungen Dabei handelt es sich um Programme die auf dem API Application Programming Interface des jeweiligen Web servers basieren und ressourcensparend im gleichen Prozessadressraum wie der Webserver laufen Allerdings m ssen sie in einer h heren Programmiersprache meist C oder C ge schrieben werden was die Entwicklung und das Austesten der Programme langwieriger und aufwendiger als bei einfachen Skriptsprachen macht Eine inzwischen weit verbreitete und akzeptierte L sung die sowohl gute Performance schnelle Entwicklungszeit und dar ber hinaus eine saubere Trennung von Design und Pro grammlogik erm glicht sind die Web Applikationssprachen Die bekanntesten Vertreter sind ASP Active Server Pages von Microsoft und PHP PHP Hypertext Preprocessor ein O pen Source Projekt Bei beiden L sungen handelt es sich um Webserver Erweiterungen die HTML Code mit Hilfe von in der Webseite eingebetteten Skript Codes erzeugen Die Skript Befehle stehen dabei mit speziellen Tags g
17. Bereich prelab wo er die gezielte Vorbereitung auf den Laborversuch beginnt Dort kann er sich das 1ab data sheet mit allen aktuellen Eckdaten des Versuchs und das prelab pdf siehe Anhang F ausdrucken Nach der L sung der im prelab gestellten Aufgaben kennt der Student nun die erforderlichen theoretischen Werte f r die Perioden und ist nun in der Lage den Laborversuch zu starten Hier soll nun in neun Schritten exemplarisch gezeigt werden wie der Student die von ihm im prelab f r die zweite interne Mode errechnete Periode im Labor auf ihre G ltigkeit hin ber pr ft Nach Betreten des Labors durch den Link enter the lab geht der Student wie folgt vor 1 Er startet den Videostream mit start videostream und passt evtl die Aufl sung bzw die Kompression an 2 Mit Licht amp Camschaltet er die Kamera und das Licht an 3 Aus der im Prelab bestimmten Periode hier T 3 45 s der Student probiert zun chst den einfacheren Ansatz mit Flachwassern herung errechnet er die erforderliche Motorspannung hier 58 3 dV mit Hilfe von Gl 3 1 4 Er gibt die Motorspannung als integer ein hier 58 dV Der Student sieht nun den in Abb 4 2 dargestellten Bildschirm In der oberen H lfte kann er die aktuell von ihm gewahlte Videokonfiguration und Motorspannung ablesen Weiterhin wird zur Kon trolle die entsprechende Periode T errechnet und angezeigt Dieser Wert basiert auf ei ner Gleichung die durch eine Regression ber zahlreiche Messungen
18. Die Steuerung des programmierbaren Netzger tes wird von netzteil vi siehe Anhang C bernommen Das serielle Verbindungskabel RS 232 ist auf PC Seite mit dem COM 1 Port verbunden Mit netzteil vi ist es m glich unterschiedliche Spannungen an das Netzger t weiterzugeben dadurch die Geschwindigkeit des Elektromotors und somit des Kapitel 3 welafi ein web basierter Laborversuch Seite 28 Anregungsmechanismus zu steuern Dar ber hinaus ist in dem VI eine Rampe integriert die ein langsames Anfahren des Motors auch f r hohe Geschwindigkeiten gew hrleistet Das zweite VI mit der Bezeichnung relais 1 vi schaltet das erste Relais auf der Relaiskarte und ist somit der Stromschalter f r die Beleuchtung und die Kamera Die Relaiskarte ist pc seitig an der zweiten seriellen Schnittstelle des PCs dem COM 2 Port angeschlossen vgl Abb 3 1 Der Versuchsaufbau aus Kapitel 3 2 ist nun also lediglich um eine PC basierte Steuerung erweitert Diese ist f r den lokalen Betrieb nicht unbedingt notwendig stellt aller dings die Voraussetzung f r eine im n chsten Unterkapitel beschriebene web basierte auto matisierte Steuerung des Laborversuchs dar 3 4 Webfunktionalitaten 3 4 1 Aufbau der Website Beim Aufbau der Welafi Webseiten wurde versucht eine zielgruppenorientierte Struktur um zusetzen Die prim re Zielgruppe sind nationale und internationale Studenten und Dozenten die sich mit Hydromechanik im Allgemeinen und Dichtestr munge
19. Vergleichbare L sungen z B auf Basis von Multimedia CD Roms spezieller Soft ware oder Internet Applikationen welche auf die Verwendung von nicht g ngigen Plug Ins angewiesen sind sind hier davon ausgenommen 2 1 1 Realer und virtueller Laborversuch Bei dem Begriff web basierter Laborversuch beschreibt web basiert lediglich den Zugangs weg zum Labor der mittels eines Webbrowsers erfolgt Es wird keine Aussage dar ber ge macht ob der Laborversuch bzw das Experiment real existiert oder nur virtuell vorhanden ist Daher gibt es zwei Ans tze eines web basierten Labors Zum einen den Ansatz mit einem real existierendem Versuchsstand und zum anderen einen rein virtuellen Ansatz Bei der ersten Variante wird der aktive Zugriff auf einen real existierenden Versuchsstand via Webbbrowser erm glicht Beobachtungen und Messungen erfolgen am realen Objekt Zus tz lich wird ein Live Bild vom Versuchsstand ber das Internet bertragen Bei dem virtuellen Ansatz hingegen handelt es sich um eine reine Softwarel sung Jegliche R ckgabewerte ob Bild oder Zahl basieren auf analytischen oder nummerischen L sungen Als Beispiele f r solche interaktiven virtuellen Experimente nennt LOVISCACH 2001 gratis im Web zu findende mit Macromedia Flash erstellte Flugexperimente mit Java in 3D abge bildete Molek le oder h rbar vorgef hrte Fourier Synthese Bei n herer Betrachtung der m glichen Anwendungsf lle f r webbasierte Laboratorien im Ber
20. boundaries are rigid 3 Inviscid analysis is applicable i e v 2 0 gt Re eee V 4 The flow within each layer is irrotational Anhang B Bounded interfacial waves B 2 5 The interfacial waves are small amplitude linear waves this assumption is elaborated further in the derivation of the boundary conditions 6 The analysis will be 2 D thus V 2 2 dx Oz If a flow is irrotational Ass 4 it can be described with velocity potential P An example for a velocity potential is a simple shear flow where ii u 0 gt ux In our 2 D case the velocities are given by u oY w 09 2 dx oz whereas u is the horizontal velocity and wis the vertical velocity Writing down the general equation for mass conservation Op V pu 0 a Gg YP eV p pvii 0 3 t op op dp _du OW tuc ctw ct 0 dt ax Oz P dx dz 0 incompressible fluid and considering the fluids to be incompressible it leads us to the continuity equation ou 9w 0 4 dx az Substituting 2 in 4 gives us a two dimensional partial differential equation or the so called laplace equation 99 d ete ee c 30 gg which you may have encountered previously as a special case of the heat equation We define 5 independent velocity potentials for each layer thus our governing equations are ao A 0 6 ox ng oz If 0 0 T ox E oz e To solve these two partial differential equations we first have to specify se
21. der Motorspan nungen mit anschlieBendem Vergleich mit der Periode T bestimmt wurde Er kann nur ungef hr angegeben werden da der Motor erst nach einer gewissen Warmlaufzeit eine konstante Umdrehung liefert vgl Punkt 4 im Kapitel 3 4 4 3 5 Der Student betrachtet das Wellenmuster und erkennt deutlich dass es sich um die ge suchte zweite interne Mode handelt da das Wellenmuster zwei Knoten aufweist die sich nicht bewegen Kapitel 4 Versuchsdurchf hrung Seite 48 bimi seen mem ire ume y ZR enum vidensrsmm reschdon SER pixel Adeostream compression Anemia a Aur iD rinda idis eia c tig aga se ten do fh en autormalical to kaa barbe h e mai ll nto Ii yoz dan i ser any video e veu could use keok ac some o pleas ii me a Pipaam LOG OU whan you re dran Ken DD cer Abb 4 2 Welafi Steuerkonsole mit Videodarstellung 6 Um zu testen ob benachbarte Spannungen eine h here Amplitude erm glichen erh ht der Student zun chst die Motorspannung um 1 dV auf 59 dV An der niedrigeren Amplitude erkennt er dass er sich von einer kurzzeitigen exakten berlagerung der zwei fortschreitenden Wellen wegbewegt 7 Er probiert daher nun 57 dV aus Die Amplitude ist h her 8 Bei dem Versuch einer weiteren Erh hung der Amplitude durch die Einstellung auf 56 dV stellt er fest dass sich die Knoten leicht bewegen in dem Wellenmuster ist ei ne geringf gig fortschreitende Welle zur erkennen Um dies zu genau zu betrac
22. gt lt body gt lt h3 gt Cookie anlegen gescheitert lt h3 gt lt hr gt lt p gt Es konnte kein Cookie angelegt werden weil Sie nicht die n tigen Angaben gemacht ha ben lt p gt lt body gt lt html gt E 6 main_frame asp lt main_frame asp gt lt Nur der Videostreamscreen rechter Frame fuer den aktiv Steuernden ohne Schaltkonsole gt 8 LANGUAGE VBScript gt Response Expires 0 35 t busy link lab passive asp berpruefung das der Benutzer kein Wiederkehrer ist IF Application Contents glvar key 5x Session SessionID THEN P ados response redirect busy link ELSE End If gt lt HTML gt lt HEAD gt lt base href http 129 13 145 11 target _self gt lt meta http equiv Cache Control content no cache gt lt meta http equiv Expires content 0 gt lt meta http equiv Pragma content no cache gt lt meta http equiv refresh content 600 URL http 129 13 145 2 labcam welcome asp gt lt meta name GENERATOR content Microsoft FrontPage 4 0 gt lt meta name ProgId content FrontPage Editor Document gt lt TITLE gt AXIS 2400 Video Server lt TITLE gt lt meta name Microsoft Border content none gt lt HEAD gt lt BODY BACKGROUND http www ifh uni karlsruhe de images background gif LINK 808080 VLINK 808080 ALINK 808080 gt t Videokonfiguration wird aus den gespeicherten Cookies abgerufen und lokalen Variablen gespei chert
23. gt videostream resolution lt br gt videostream compression lt font gt lt td gt td width 20 bgcolor FFFF99 gt font face Arial gt amp nbsp b Application glvar resolution pixel amp nbsp lt br gt b amp nbsp lt b gt lt Application glvar_compression gt lt b gt lt font gt lt td gt td width 20 gt lt p align right gt lt font face Arial gt motor voltage lt br gt amp nbsp period T amp nbsp lt font gt lt td gt td width 20 bgcolor FFFF99 gt lt p align left gt lt font face Arial gt lt b gt amp nbsp lt Application Contents glvar_motor gt dV br Application Contents glvar period amp nbsp b font p td td width 10 gt lt p align right gt lt b gt lt font face Arial size 2 gt Help lt a href http 129 13 145 2 labcam welcome asp TARGET help On Click popup http 129 13 145 2 labcam welcome asp gt lt img border 0 src http 129 13 145 2 images help gif width 23 height 22 gt lt a gt lt br gt lt font gt lt b gt lt td gt ftre table lt SCRIPT LANGUAGE JavaScript gt lt ermoeglicht das Oeffnen eines seperaten Fensters ohne Browserleisten gt lt HIDE JAVASCRIPT function popup url f remote window open url help width 600 height 570 menubar 0 scrollbars 0 resizable 1 if window focus remote focus if remote opener null remote open
24. have written the periodicity in terms of a cosine function through the use of implied real part operators recalling cos ax Re e Re cos ax isin ax Substituting 18 into the Laplace equation 5 we obtain the following ordinary differential equation for Z OZ oz To find the general solution of this linear homogeneous differential equation of second order k Z 0 19 we first have to solve its associated characteristic equation A aht b 0 20 where a 0 and b k The solution of 20 is A Ek Because A A and they are real the general solution of 19 is Z z Ce De 21 or Z z Ce De 22 where we can assume k is positive without loosing generality Now we can substitute the form we are seeking for 18 into our boundary conditions a Substituting 18 into the fixed boundary condition for the upper layer 8 C ke D k e e p z h Cjke D k e 0 C De 23 b Substituting 18 into the fixed boundary condition for the lower layer 9 C ke D k e e 9 z h h C ke D k e 0 C eI 24 Anhang B Bounded interfacial waves B 6 c Substituting 18 into the kinematic boundary conditions at the interface for the upper layer 10 ioae C ke D ke gian 25 d Substituting 18 into the kinematic boundary conditions at the interface for the lower layer 11 iae C ke D ke ene Solving this sys
25. hrung Seite 50 4 4 Standbilder der verschiedenen Moden Abb 4 3 Standbild der ersten baroklinen Mode Abb 4 4 Standbild der zweiten baroklinen Mode Kapitel 4 Versuchsdurchf hrung Seite 51 Abb 4 5 Standbild der dritten baroklinen Mode Abb 4 6 Standbild der ersten barotropen Mode Kapitel 4 Versuchsdurchf hrung Seite 52 Abb 4 7 Standbild der zweiten barotropen Mode Kapitel 5 Zusammenfassung und Ausblick Seite 53 5 Zusammenfassung und Ausblick Auf Basis einer Webapplikation sollte im Rahmen der vorliegenden Arbeit eine Plattform zur Steuerung eines hydromechanischen Versuchsstands ber das Internet entwickelt werden Vier wichtige Merkmale waren ma gebend f r dieses web basierte Labor 1 Der zu betreibende real existierende Versuchsstand sollte durchg ngig automatisiert sein so dass ein Betrieb rund um die Uhr ohne manuelle Eingriffe m glich ist 2 Zur visuellen berwachung des Versuchs sollte eine Technik eingesetzt werden die eine schnelle und ruckelfreie bertragung eines Live Videobildes erm glicht 3 Zielgruppe dieses web basierten Laboratoriums sind nationale und internationale Stu denten und Dozenten der Fluidmechanik Neben der Entwicklung des eigentlichen La borbereichs erforderte dies eine didaktische Aufbereitung des entsprechenden Lehr stoffs mit zeitgem en im Web einsetzbaren Mitteln 4 Ferner sollte bei der Konzeption der interaktiven Website auf nicht g ngige W
26. of the browser image cache N HEIGHT DisplayHeight NU WIDTH DisplayWidth NU ALT Live e write output Image gt E Anhang E ASP Quellcode E 10 drehzahl timeout asp lt drehzahl timeout asp gt lt Ruft automatisch den LabVIEW CGI Link auf um den Motor auf 0 dV zu setzen gt 0 LANGUAGE VBScript gt Response Expires 0 35 t Application Lock Application Contents glvar motor 0 Application Unlock response redirect http 129 13 120 9 cgi bin examples victrl vi motor vi amp command run amp open amp SetInt Drehzahl 0 gt lt head gt lt meta name GENERATOR content Microsoft FrontPage 4 0 gt meta name ProgId content FrontPage Editor Document gt lt title gt lt title gt lt meta name Microsoft Border content none gt lt head gt E 11 unlock_frame asp unlock frame asp gt lt Entsperrt das Lab und wechselt nach 5 Sekunden wieder auf die Welafi Startseite Response Expires 0 35 t Application Lock Application Contents glvar lock 0 Application Unlock amp gt lt html gt lt head gt meta http equiv Content Type content text html charset windows 1252 meta http equiv Content Language content de gt lt meta http equiv refresh content 5 URL http 129 13 145 2 gt lt meta http equiv target content _top gt lt meta name GENERATOR content Microsoft FrontPage 4 0 gt meta nam
27. p align center gt lt font face Arial gt lt b gt 4 Stopwatch lt br gt b font amp nbsp lt INPUT TYPE text Name time size 6 style font size 8pt gt lt font face Arial size 2 gt ms lt font gt lt br gt lt INPUT TYPE BUTTON Name ssbutton VALUE Start Stop onClick startstop style font size 8pt gt lt INPUT TYPE BUTTON NAME reset VALUE Reset onClick swreset style font size 8pt gt lt td gt ftre table FORM lt CENTER gt lt form method POST action snapshot_frame asp target Hauptframe gt lt div align center gt lt center gt lt table border 0 width 150 bgcolor FFFF99 style margin top 15 cellspac ing 0 gt Eq lt td width 50 align center gt lt p align center gt lt b gt lt font face Arial gt amp nbsp 5 font Snapshot b td ep EK trs td width 50 align center gt lt font size 2 gt amp nbsp resolution lt br gt lt font gt lt select size 1 name resolution style font size 8pt gt lt option value 176x144 gt 176x144 pixel lt option gt lt option value 352x288 gt 352x288 pixel lt option gt lt option value 704x576 selected gt 704x576 pixel lt option gt lt select gt lt td gt lt tr gt lt tr gt td width 50 align center gt lt font size 2 gt amp nbsp compression lt br gt lt font gt lt select size 1 name compression style font size 8pt gt lt option value
28. size 8pt p form lt td gt td width 50 gt lt form method POST action http 129 13 120 9 cgi bin examples victrl vi strom vi amp command run amp open amp SetBool Licht off gt lt p align left gt lt input type submit value Off name B1 style font size 8pt gt lt p gt lt form gt lt td gt SEKS table lt div gt lt div align center gt lt center gt lt form method POST action select_drehzahl asp target Hauptframe enctype application x www form urlencoded onsubmit return FrontPage Form4 Validator this name FrontPage_Form4 gt table border 0 width 150 bgcolor FFFF99 style margin top 15 cellspacing 0 gt lt tr gt lt td width 100 gt lt p align center gt lt b gt 3 Motor voltage lt br gt lt b gt font size 1 Range 0 30 260 dV integer lt br gt font amp nbsp webbot bot Validation S Data Type Integer Anhang E ASP Quellcode E 5 S Number Separators x S Validation Constraint Greater than or equal to S Validation Value 0 gt input type text name drehzahl asp size 6 style font size 8pt input type submit value Set style font size 8pt gt lt p gt td lt tr gt lt table gt lt form gt lt center gt lt div gt lt CENTER gt lt FORM NAME stpw gt lt table border 0 width 150 bgcolor FFFF99 style margin top 15 cellspacing 0 gt SCH lt td width 100 gt lt
29. und somit der n ten nat rli chen Mode entspricht 7 die Eigenschwingungen oder Eigenwellen in schwingungsf higen Systemen BROCKHAUS 1999 Kapitel 2 Grundlagen Seite 17 Setzt man 2 6 in 2 2 ein so ergibt sich als Bedingung f r stehende Wellen _ an k 2 7 l Durch 2 3 und 2 4 ergibt sich zun chst r 7 2 8 und nach einsetzen der Bedingung f r stehende Wellen 2 7 ergibt sich die erforderliche Pe riodendauer T f r die verschiedenen Moden _ 2ik no T 2 9 2 2 3 Stehende Wellenmuster in Grenzflachen Nachdem die Grundbegriffe der Wellentheorie und der stehenden Wellen in den beiden vori gen Unterkapiteln erkl rt wurden handelt dieser Abschnitt von der Wellenausbreitung in ge schichteten Fl ssigkeiten Genau wie in ungeschichteten Systemen k nnen Wellen an der Oberfl che vorkommen Die Besonderheit an geschichteten Fluiden ist die m gliche Existenz von Wellen entlang Linien gleicher Dichte Solche Wellen werden in kontinuierlich ge schichteten Systemen interne Wellen genannt Handelt es sich um ein diskret geschichtetes System d h der Dichtegradient springt zwischen den Schichten und ist konstant innerhalb einer solchen sogenannten Sprungschicht so kann man im Besonderen von Grenzfl chen wellen sprechen Eine mathematische Betrachtung des Sonderfalls Grenzfl chenwellen ist einfacher als die von internen Wellen und stellt dennoch ein gutes Modell f r die Dichte schichtungen in
30. 1 eT RER Ra 18 Abb 2 5 Barotrope Mode symmetrische Schwingung aller Schichten aus JIRKA 1999 19 Abb 2 6 Barokline Mode antisymmetrische Schwingung benachbarter Schichten aus JIRKA AA AE 20 Abb 2 7 Erzeugung einer Seiche aus JIRKA 1999 ooooocccccnnccooccccncnccccnnnnanancncnnnnnnnnnnannn cnn 22 Abb 3 1 Versuchsaufbau Web based lab for interfacial waves seesusssss 24 Abb 3 2 Becken mit den gef rbten Fluiden ooooooooocococonncccocononccnncnnnnnnnnnnnnannnncnnnnnnnnnnannnnnnos 25 Abb 3 3 Skizze des Wellenerzeugungsk rpers mit Abmessungen in MM 26 Abb 3 4 Antriebsmechanismus eesesssessesseeeeeeeenneenne nennen nnne nnne nnn nnne 27 Abb 3 5 Struktur der WelafiWebsSeiten ooocoonononccccnnnccnccncnnoncncnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnos 29 Abb 3 6 Hauptnavigationsleiste mn444444400nnnnennnnnnnnnnnnnnnnnennnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn 30 Abb 3 7 Definition der in den Ablaufdiagrammen verwendeten Sinnbilder auf Basis von DIN 66001 19839 idi a E e meu opu dott M elu uM EL Naa 35 Abb 3 8 berpr fung auf Cookie Annahme oococococococoncncononcnninenonononronenenonronenenennnorinanis 36 Abb 3 9 Eintritt ins aktive Labor ara ee Ha Eee tienen Ere PEE HU penes ERU DUE 37 Abb 3 10 Eingangsseite des aktiven Labors im linken Frame die Steuerkonsole rechts der zur variablen Anzeige dienende Hauptframe oooo
31. D INTERFACIAL WAVES eene nnns B 1 ANHANG LABVIEW VIS 22 nii ii C 1 C 1 Netze Arad ANAL NAA an Un bs pd ta etu E tio da pda URL ILE TR C 1 C2 Trelaiseri Vier tect cook A TAS E ac a nct E Tace eh te oh TR eU TUE C 5 0 3 MOIOR Vie PH C 7 G4 SONN AA AA C 9 CS eui ter KU C 11 ANHANG D G WEB SERVER CGI PARAMETER eene nnn D 1 ANHANGE ASP QUELLGODE 1 ee ese E 1 E 1 SESSION cookie TEST LASPAG AGANG KANAL E 1 E 2 sessi n Cookie test 2 aid as E 1 ES lab active aspere o onec ke br esu a E 2 E4 select AIS asp RIT E 3 E 5 set VIDEO COOKIOS aSD vemo cin ii E 6 EO man frames eene ee cates EU c Gee abate AA AS NANA E 6 EZ Selecr drenzall 3spuca AA E 9 ES cdretnizaul aspess cocido AA iaa E 9 ES snapshot Mame asp sans E 10 EAd0 drehizahl timeout asp ou o dene ER DR NOI SE ee parame aS e kx Re RE E 11 Edd UNlOCK Tram dS Dioses reote elek if E 11 ANHANG F PRELAB HANDOUT FOR WELAFI eeeeeeereeeee nennen F 1 Abbildungsverzeichnis IH Abbildungsverzeichnis Abb 2 1 Steuerung berwachung eines Versuchsstands via Internet 6 Abb 2 2 Augenblicksbild einer fortschreitenden Welle LINDNER 1993 15 Abb 2 3 M gliche vertikale Berandungen nach JIRKA 1999 ssssssseeeesess 16 Abb 2 4 oben und unten begrenztes geschichtetes 2 Schicht System aus SOCOLOFSKY 200
32. DIN Deutsches Institut f r Normung e V Beuth Verlag Berlin Encyclopaedia Britannica lt http www britannica com gt abgerufen am 4 3 2001 KUCERA ANTONIN 1989 Compact Worterbuch der exakten Naturwissenschaften und der Technik Band I Englisch Deutsch Brandstetter Verlag Wiesbaden zweite voll kommen berarbeitete und erweiterte Auflage 1989 Anhang A Material und Bezugsquellen A 1 Anhang A Material und Bezugsquellen 1 2 3 4 Axis Videoserver 2400 Bezugsquelle Fa Seetec Communications GmbH amp Co KG Friedrich Hecker Allee 3 68753 Wagh usel Tel 07254 93620 0 http www seetec de Glasbeh lter Innenma e 75x10x50 cm Glasdicke 1 cm Bezugsquelle Fa E Bechthold Hauptstr 137b 76344 Eggenstein Leopoldshafen Ansprechpartner Herr B Hassendt Tel 0721 787530 Fax 0721 700208 Silikon l M3 F rbemittel 25 kg Baysilone l M3 vordispergierte Farbl sung aus roten Blattl usen Bezugsquelle Kurt Obermeier GmbH amp Co KG Postfach 1560 57305 Bad Berleburg Ansprechpartner Herr Freist Tel 02751 524139 Antriebstechnik regelbares Netzteil Relaiskarte Bezugsquelle http www conrad de Zahnriehmenscheibe 15XL BestelINr 226017 62 Zahnscheibe 20 BestellNr 226033 62 Zahnriemen 150 BestelINr 226084 62 VDO Motor M28x40S BestelINr 242845 62 Getriebe 96 1 BestellNr 241148 62 Progr Netzger t Digi 35 CPU BestelINr 512982 62 Relaiskarte 8fach seriell BestelINr
33. Diplomarbeit Welafi Ein web basiertes Ubungslabor f r Grenzfl chenwellen http oeam to welafi Nawa wen mard ha bu ei ee ma 3 Tas pa a Menu pako Nbi ou alaman o eee aem emer ni oe o DRE SS z i 3 EE Li x Lr PT PECES saga Lu li DE aba XR pa ima mea El wn mi grim von Daniel Schoppmann am Institut f r Hydromechanik Universitat Karlsruhe Karlsruhe April 2001 Man kann jede Art von menschlichem Wissen mit der neuen Technik lehren Thomas Alva Edison ber den Film 1913 Inhaltsverzeichnis I Inhaltsverzeichnis T EINLEITUNG i ee 1 2 GRUNDLAGEN oi LA NG eee cele ee beris Seed ee 4 2 1 Web basierter Laborversuch uuusssssssnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn nn 4 2 1 1 Realer und virtueller Laborversuch occcccccccnnnccccnnnncnonononinininnnananannnnnnnnnnnnos 4 2 1 2 Voraussetzungen f r ein reales Weblabor ssssnnsssrnnnnnnnnnnnnnnnnnnennnnn 6 2 1 3 Weblecnnolodleni ax aaa a an ee 8 2 1 3 1 Dynamische Webseiten enne 8 2 1 3 2 Steuerungs und Messsoftware oocoonccccnnnncccnncnoncncnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnncnnnan 11 Pss cc Ide Streaming ETSI AA TM 11 2 2 Stehende Grenzflachenwellen nnne nnne 14 2 2 1 Grundbegriffe der Wellentheorie cesses 14 2 2 2 stehende Well rnm ster uo edes a 16 2 2 3 Stehende Wellenmuster in GrenZflaChen c cccccccccccccccecceceeeeeeeeeeeee
34. F r das vorliegende System wird angenommen dass der Dichteunterschied zwischen beiden Fluiden sehr gering ist Nach der Boussinesq N herung darf danach diese Dichtedifferenz in allen Termen mit Ausnahme der Gravitationsterme vernachl ssigt werden also gilt dort PE P P 2 21 Setzt man dies mit 2 17 in 2 20 ein so erh lt man 2 2 2 22 k tanh kh tanh kh Nach Aufl sung der erforderlichen Periode f r stehende Wellen 2 9 nach und Einsetzen in 2 22 erh lt man zun chst m Al k 2 23 1 1 tanh kh tanh kh und schlie lich ergibt sich durch Einsetzen der Bedingung f r stehende Wellen aus Gleichung 2 7 die gew nschte L sung mit 471 tann E h tanh E h Tos 2 24 gn am 7 1 Es 3 Sind jedoch die Bedingungen f r Flachwasser 2 14 erf llt so reduziert sich dieser unhandli che Term auf die Periode f r interne stehende Flachwasserwellen NEL EN 2 25 i Flw n is luh n RIED ee id H wobei A die Gesamth he beider Schichten ist 2 2 4 Naturphanomen Seiche Die h ufigsten in der Natur vorkommenden stehenden Wellen sind die sogenannten Seiches Seiches sind nach der ENCYCLOPEDIA BRITANNICA eine rhythmische Schwingung in Seen oder teilweise geschlossenen nat rlichen Systemen wie Buchten und H fen Dieses Ph nomen wurde erstmals im 18 Jahrhundert am Genfer See in der Schweiz beobachtet und untersucht Am Genfer See mit seiner L nge vo
35. Feature des Videoservers nutzbringend einsetzen 6 F r die bertragung des Videostreams sollte neben der Java basierten Darstellung al ternativ auch ein ActiveX Plug In angeboten werden da es vereinzelt Benutzer gibt die Java in ihrem Browser wegen Sicherheitsbedenken deaktiviert haben Au erdem unterscheidet sich die Performance der beiden Technologien abh ngig vom verwende ten Browser Werden beide Alternativen angeboten kann der Benutzer frei w hlen 7 Um sicherzustellen dass die gesamte Zielgruppe uneingeschr nkten Zugriff auf welafi hat sollte die Anzahl der bereits ber die Gebrauchsf higkeit von welafi befragten Benutzer auf ein repr sentatives Ma erh ht werden insbesondere durch Befragung ausl ndischer Website Besucher Im Sinne von Tim Berners Lee dem Vater des WWW pr sentiert sich welafi als die erfolg reiche nutzbringende und innovative Umsetzung einer wiederentdeckten Idee Welafi richtet sich an die urspr ngliche Zielgruppe des WWW die Universit ten welche sich u a durch solche Initiativen zum web based learning trotz der fortschreitenden Kommerziali sierung im Netz wieder als ein wichtiger Innovationsmotor f r die Entwicklungen im Internet positionieren k nnen Wenn dieses Konzept erfolgreich ist so wird in einigen Jahren eine F lle von Laborversuchen in aller Welt den Studenten und Wissenschaftlern ber das Internet zug nglich sein Zu jeder Zeit von jedem Ort Literaturverzeichnis Seite
36. Real Networks RealServer oder Apple Quicktime Streaming Server wird LOVISCACH 2000 als weiterf hrende Lekt re empfohlen Er erw hnt auch das f r die bertragung von Videodaten via Internet sehr viel effektivere UDP Protokoll und die Unterschiede der verschiedenen Komprimierungsstandards Die Technologien f r die Materialaufbereitung und deren Verbreitung ber das Internet wer den nat rlich laufend verbessert So beschreibt PUSCHER bereits im M rz 2000 MPEGA als einen Meilenstein in Sachen Videokompression der sich mit einer sehr guten Bildqualit t hervorragend f r Streaming eignet und damit zu den origin ren Netztechniken RealVideo und Quicktime aufschlie t Aber auch das kommende Internet Protokoll IPv6 wurde f r die bermittlung von streaming media deutlich verbessert Loviscach 2000 Kapitel 2 Grundlagen Seite 13 Des Weiteren findet eine stetige Verbreitung von Breitbandanschl ssen bei st ndig gleichzei tig wachsenden Netzkapazit ten statt und so bleibt abschlie end zu bemerken dass einem bewegten Internet nicht mehr viel im Weg steht Kapitel 2 Grundlagen Seite 14 2 2 Stehende Grenzflachenwellen Der im Rahmen dieser Arbeit erstellte web basierte Laborversuch wurde aus dem Bereich der Schichtstr mungen gew hlt In einem geschlossenen Beh lter befinden sich zwei nicht mischbare Fl ssigkeiten unterschiedlicher Dichte Durch eine kontinuierliche Schwingungs anregung dieses Systems sollen versch
37. Steuer oder Messeinrichtung virtuell abzubilden und auch mit realen Instrumenten zu koppeln Mit Hilfe des LabVIEW Webservers kann man HTML Dokumente erstellen und Frontpanel Bilder dieser VIs im Web ver ffentlichen Es ist m glich den Browser Zugriff auf die ver ffentlichten Frontpanels zu steuern und zu konfigurieren welche VIs im Web sichtbar sind NATIONAL INSTRUMENTS 2000 Weit mehr Web Funktionalit t bietet ein spezielles Add on das Internet Developer Toolkit for G Damit ist es u a m glich eigene Common Gateway Interface CGI Program me in G zu schreiben um sie zusammen mit dem LabVIEW HTTP Server einzusetzen NA TIONAL INSTRUMENTS 2001 Vergleichbare Funktionen bietet die Software VEE OneLab von Agilent Technologies 2 1 3 3 Video Streaming Soll ein realer Versuchsstand interaktiv ferngesteuert werden so ben tigt man nat rlich ein Live Videobild um zu sehen was geschieht Dabei soll es sich nicht um Einzelbilder handeln wie man sie von zahlreichen Webcams her kennt sondern es soll m glich sein ein mehr oder minder fl ssiges Videosignal guter Qualit t via Internet zu bertragen Die Live bzw Echt zeitiibertragung von fl ssigen Videodaten mit einer mit VHS vergleichbaren Qualit t ist z Z noch nicht m glich PUSCHER 2000 spricht von etwa 5 MB die eine Sekunde Video in VHS Qualit t an Bandbreite beansprucht Auch wenn hier auf die Tonspur verzichtet werden kann so wird doch deutlich dass bei den heute verf
38. Wasser 73 mN m noch deutlich sichtbar sind c Bei hohen Drehzahlen zeigen sich deutliche 3 D Effekte da nun auch das Sys tem in der Breite d h 210 cm zu internen Moden angeregt wird und zwar f r Perioden T 1s Mogliche Fehlerquellen in Zusammenhang mit dem Aufbau des Versuchsstands l Der Wellenerzeugungsk rper verdr ngt je nach Eintauchtiefe unterschiedlich viel Wasser bzw Ol Die Dicke der Schichten variiert deshalb stindig wenn auch nur ge ringf gig Der Elektromotor l uft abh ngig von der Temperatur unterschiedlich schnell Erst nach einem l ngeren Betrieb gt 15 min l uft er mit einer konstanten Drehzahl Daraus resultiert einer der gr ten Fehler in der Messung Weiterhin k nnen Fehler bei der Zeitmessung auftreten die aber im Allgemeinen nach wie derholten Messungen und statistischer Mittelung vernachl ssigt werden k nnen Kapitel 4 Versuchsdurchf hrung Seite 47 4 3 Szenario f r einen studentischen Laborversuch Im Rahmen einer Labor bung sollen Studenten die Perioden der ersten drei internen und der ersten zwei externen Moden mit und ohne Flachwassern herung berechnen und dies sp ter im Labor berpr fen In Abschnitt 4 4 sind Standbilder dieser Moden dargestellt F r die Vorbereitung des Laborversuchs findet der Student auf der Welafi Website unter or students alle ben tigten Grundlagen Informationen und Materialien Nachdem er diese durchgearbeitet hat widmet er sich dem
39. a bei einer konstanten Erregerfrequenz des Wellengenerators auch die Wellen im System eine konstante Wellenl nge A besitzen kommt es bei gewissen Frequenzen zu ei ner kurzzeitigen exakten berlagerung bzw Deckung der beiden entgegengesetzt fortschrei tenden Wellen Das Resultat bezeichnet man als stehende Welle oder genauer gesagt als ste hendes Muster von Wellen In diesem Muster gibt es fixe Orte an denen es zu einer stindigen Aufhebung beider Amplituden kommt Diese Nullstellen werden als Knoten bezeichnet Als Antiknoten hingegen werden solche fixe Stellen bezeichnet an denen sich die Amplituden der beiden Wellen kurzzeitig zu der doppelten Amplitude addieren Die zur Erzeugung von stehenden Wellen notwendige kurzeitige exakte Deckung ist nur m glich wenn die fort schreitenden Wellen mit einem ganzzahligen Vielfachen ihrer halben Wellenl nge in den Be h lter passen in dem sie reflektieren Die verschiedenen M glichkeiten f r diese sogenannten nat rlichen Moden werden mit Hilfe von Abb 2 3 deutlich 4 gt I von rechts kommende Welle S IS von links kommende Welle Knoten m gliche vertikale Berandung Abb 2 3 M gliche vertikale Berandungen nach JIRKA 1999 Zur Erzeugung stehender Muster von Wellen in einem seitlich begrenzten System mit der Breite 1 ergibt sich aus Betrachtung von Abb 2 3 f r die Wellenl nge A A a n 1 2 3 2 6 n wobei f rn die Anzahl der gew nschten Knoten eingesetzt wird
40. ab feedback help gt D g Abb 3 6 Hauptnavigationsleiste Mit Hilfe des letzten auf der Webseite rot eingerahmten Links help gelangt der Besucher von welafi u a zu einer Sammlung oft gestellter Fragen FAQ h FAQ Frequently Asked Question Kapitel 3 welafi ein web basierter Laborversuch Seite 31 Darunter finden sich drei weitere st ndig verf gbare Links siehe auch Abb 3 5 Home er m glicht jederzeit die R ckkehr zur Startseite und Search bietet eine Volltextsuche ber alle Welafi W ebseiten an Admin ist ein gesch tzter Bereich der lediglich den Administratoren nach vorhergehender Authentifizierung zug nglich ist Hier besteht f r berechtigte Personen z B die M glichkeit zu berwachen was der aktuelle Benutzer gerade im Labor macht Weiterhin kann von dort das Labor manuell entsperrt werden falls dieses aus technischen Gr nden notwendig sein sollte SchlieBlich befinden sich hier auch die t glich automatisch aktualisierte statistische Auswertung der log files in denen die Informationen ber die Aktivit ten der Benutzer auf den Webseiten gespeichert sind F r die Entwicklung der Webseiten wurde die Software Microsoft Frontpage 2000 verwendet 3 4 2 Fernsteuerung des Versuchsstands mit LabVIEW G Webserver Die beiden in Kapitel 3 3 beschriebenen VIs netzteil vi und relais 1 vi reichen f r ei nen manuellen Betrieb des Versuchsstands vor Ort aus Um den Anspr chen einer automati sierten b
41. acial waves B 4 For small amplitude waves a A 1 the quadratic term w can be neglected and after division by g we have LIP PC 13 gor y where P isthe pressure head K z isthe gravity head 9 3r is the unsteady term t Multiplication by v pg leads to d p ps psz C r 14 If we take the interface 2 77 to be the streamline then the Bernoulli constant C r is the same for both layers giving us 0 0 pa pa pamp 2 pa pan 15 which can be applied at z 0 for small amplitude waves Because the pressure is continuous at the interface p p Rearranging the remaining terms we finally have 0 0 Lo e en p p 16 This equation specifies the relationship between the spatial and temporal periodicity in the behavioral boundary conditions In other words our behavioral boundary condition cannot have arbitrary periodicity in space and time It is now possible to solve 6 and 7 given the above boundary conditions Since we are in terested in simple harmonic motion we specify the interface motion as n x t acos kx at ae 17 where kand are the interfacial wave number and frequency respectively Since we have linearized the equations the system response must have the same periodicity thus using the separation of variables technique we are seeking solutions for the form Z Je 18 Anhang B Bounded interfacial waves B 5 where i 21 2 is the fluid layer and where we
42. ag Ausgabe 4 S 108 115 MOCKE FRANK 2001 Lernen und Experimentieren C t Magazin f r computer technik Hei se Verlag Ausgabe 8 S 65 PUSCHER FRANK 2000 Codec Mania internet world Neue Medien Gesellschaft Ulm mbH Ausgabe 3 S 82 84 NATIONAL INSTRUMENTS 2000 LabVIEW Benutzerhandbuch Ver ffentlichen von vi s im Web Ausgabe September 2000 S 17 10 f Literaturverzeichnis Seite 57 NATIONAL INSTRUMENTS 2001 Internet Developer Toolkit for G lt http www ni com labview internet gt abgerufen am 10 01 2001 SCHLEDE FRANK MICHAEL 2000 Web Cams Live auf Draht f r jeden Zweck die richtige Technik Network World Computerwoche Verlag GmbH M nchen Ausgabe 4 S 48 49 SOCOLOFSKY SCOTT 2001 Vorlesungsunterlagen zu Environmental Fluid Mechanics II Stratified Flow and Mixing Processes Institut f r Hydromechanik Universit t Karls ruhe Ausgabe 2001 WELTNER TOBIAS 1999 Active Server Pages lernen und beherschen Microsoft Press ZIERL MARCO 2001 Dynamische Websites entwickeln Internet Professionell VNU Busi ness Deutschland GmbH Ausgabe 5 S 41 45 Nachschlagewerke Brockhaus Die Enzyklop die in 24 B nden F A Brockhaus GmbH Leipzig Mannheim 20 neu bearbeiteten Auflage 1996 1999 Das M T Computerlexikon 2001 erschienen im Oktober 2000 Verlag Markt Technik M n chen DIN 66001 1983 Sinnbilder und ihre Anwendung Normenausschuss Informationsverarbei tungssysteme im
43. age from which the CGI was called SetBool control_name This parameter sets the value of the Boolean control control_name to the parameter s value The value can be on T or 1 for true and off F oro for false SetBool control name toggle This parameter toggles the value of the Boolean control control name SetString control name This parameter sets the value of the String control control name to the parameter s value SetInt control name Anhang D G Web Server CGI Parameter D 2 This parameter sets the value of the 32 bit integer control control name to the pa rameter s value SetInt control name inc This parameter increments the value of the 32 bit integer control control name by the parameter s value SetInt control name dec This parameter decrements the value of the 32 bit integer control control name by the parameter s value SetFloat control name This parameter sets the value of the double precision floating point control con trol name to the parameter s value SetFloat control name inc This parameter increments the value of the double precision floating point control control name by the parameter s value SetFloat control name dec This parameter decrements the value of the double precision floating point control control name by the parameter s value National Instruments Anhang E ASP Quellcode Anhang E ASP Quellcode E 1 session cookie test 1 asp gt nicht permanenten Cookies fuer das Lab gt
44. agerung der beiden fortschreitenden Wellen werden die Amplituden des stehenden Wellenmusters durch Superposition doppelt so hoch wie die der fortschreitenden Wellen Zur Ermittlung der passenden Periode m ssen deshalb auch Mo torspannungen leicht ober und unterhalb des Startwertes untersucht werden Das zweite Kriterium welches dabei hilft sind die f r stehende Wellenmuster typischen Kno ten an denen sich die Amplituden zu jeder Zeit aufheben d h 7 x 1 0 und es deshalb so aussieht als w rden sich diese Knoten nicht bewegen 4 2 Erste Erkenntnisse aus der Versuchsdurchf hrung In Tabelle 4 1 bzw Abb 4 1 sind die Ergebnisse der theoretischen Berechnungen und der praktischen Messungen dargestellt Kapitel 4 Versuchsdurchf hrung Seite 44 Abweichung Abweichung mit Flachwassern herung ohne Flachwassern herung Tpraxis n s Theor Flw n s A Tiheor Fw n 5 Toraxis n Yo Tineor n s A Tineor n E T praxis 26 13 3 141 960 O Tabelle 4 1 Abweichungen der theoretischen Berechnungen von den praktischen Messungen Die Messungen wurden bei einer Temperatur des Silikon ls von T 20 5 C durchgef hrt Die mittlere L nge des Beckens wird zu L 71 cm angenommen Dies ergibt sich aus dem Innenmaf des Beckens 75 cm und der maximalen Breite des Wellenerzeugungsk rpers 3 9 cm Zwar ist der K rper etwa 1 cm von der Wand entfernt allerdings gilt seine maximale Breite auch nur f r den mittleren 2 cm
45. an den Browser zur ckgegeben wird erfolgt eine nochmalige berpr fung ob der Benutzer unter Umst nden nicht alleine ist damit eine gleichzeitige Steuerung ausgeschlossen werden kann Weiterhin wird sofern bereits eine Motorspannung gew hlt worden ist die daraus resultierende Periode T nach T gU PERS CMT 3 1 errechnet Abb 3 12 Dar ber hinaus werden die Ausgabedaten des Java Applet zum Anzei gen des Videostreams auf Basis der Video Cookies angepasst vgl Kapitel 3 4 3 Kapitel 3 nein welafi ein web basierter Laborversuch Seite 39 Aufruf des Videostreams main frame asp Ist es der aktuelle Benutzer der das Labor gesperrt hat main frame asp Nein lab passive asp Anzeigen des passiven Labors Ist schon eine Motor spannung bekannt Ja maine_frame asp Erechnen der Periode T main_frame asp Anzeige des Live videos mit Motorspannung und Periode T maine frame asp Seite wurde l nger als 10 Minuten angezeigt welcome asp Startseite des aktiven Labors wird aufgerufen zi Abb 3 12 Aufruf des Videostreams Nein main frame asp N Anzeige des Live videos mit unbekannter Motorspannung und unbekannter Periode T 2 Stromquellenschaltung f r Kamera und Licht Cam amp Light Nachdem der Videostream eingeschaltet wurde wird lediglich ein schwarzes Bild als Video ange
46. arer Frame Fram srmain framasas drehzahl asp na asp in select_drehzahl asp in select drehzahl asp Hinweis Zahl Direkte Weiterleitung zu gr Ber 0 eingeben glvar set motor Popup Fenster Aufruf des Videostreams Abb 3 13 Auswahl der Motorspannung Kapitel 3 welafi ein web basierter Laborversuch Seite 41 Nichtnummerische Zeichen oder Flie kommazahlen werden mit Hilfe von Frontpage Webbots bei der Eingabe abgefangen und der Benutzer wird durch ein Pop Up Fenster da rauf hingewiesen Dies wird in Abb 3 13 nicht dargestellt Nach dem Absenden von z B 57 dV stellt sich dem Benutzer der Bildschirm wie in Abb 4 2 dar 4 Stoppuhr stopwatch Die Stoppuhr dient der berpr fung der aus der Motorspannung errechneten Periode Dies ist leider n tig da der Motor je nach Laufzeit unterschiedlich warm ist und daher aufgrund des geringeren Widerstands bei h heren Temperaturen schneller dreht Der in Gleichung 3 1 angegebene Zusammenhang ist nur eine auf einer Regression ber eine Messreihe beruhende Naherung Die Stoppuhrfunktionalit t erledigt ein kleines clientseitiges Javascript 5 Snapshot Mit dieser Funktion lassen sich Standbilder machen Dabei stehen wie bei der Auswahl des Videostreams verschiedene Aufl sungen und Kompressionsstufen zu Verf gung Die Aus wahl erfolgt wieder ber ein HTML Formular Die Ergebnisse werden mit der Methode POST an snapshot frame asp im Hauptframe rech
47. ass die Dichte unterschiede eine Rolle spielen Eine solche schnelle Mode nennt man eine barotrope Mode Nach GiLL 1982 ist die genaue Bedeutung der Bezeichnung barotrop dass der Druck auf allen Oberfl chen gleicher Dichte und deshalb auch auf der Grenzfl che konstant ist SOS O OS OSO O ESAS Abb 2 5 Barotrope Mode symmetrische Schwingung aller Schichten aus JIRKA 1999 Zur Erzeugung von Oberfl chenwellen bzw externen Wellen mit deutlich sichtbarer Ampli tude ist eine relativ schnelle Anregung n tig Zur Anregung von Wellen innerhalb der Grenz fl chen zwischen zwei Fluiden mit geringem Dichteunterschied reichen hingegen auch schon langsamere Anregungsfrequenzen aus Anders betrachtet wird wesentlich weniger Energie ben tigt mit der man gleichzeitig auch gr ere Amplituden in der Zwischenfl che erreichen kann bei gleichzeitig langsamerem Bewegungsablauf Dies liegt daran dass die Fluidteilchen an der Zwischenfl che nur einer reduzierten Erdbeschleunigung ausgesetzt sind Vergleichen kann man dies mit einem Taucher im Meer Die nach unten gerichtete Gewichtskraft wird um Kapitel 2 Grundlagen Seite 20 die nach oben wirkende Auftriebskraft reduziert Der Taucher ist im Wasser also leichter ben tigt also weniger Energie um sich nach oben oder unten zu bewegen allerdings finden unter diesen Bedingungen alle Bewegungsabl ufe wesentlich langsamer statt Die oben erw hnte reduzierte Erdbeschleunigung ist f
48. atische R ckkehr in den Stand by Betrieb implementiert werden 5 Bei der Auswahl und der Planung des Versuchs sollte besonders bei der Wahl der be weglichen Komponenten auf verschlei arme Technik gesetzt werden Dies senkt die Betriebskosten und reduziert Ausfallzeiten Kapitel 2 Grundlagen Seite 8 6 Bei der Bereitstellung eines Videostreams vom Versuchsstand sind auch die z Z noch geringen Internetzugangsgeschwindigkeiten mancher Studenten zu ber cksichtigen Eventuell zu beobachtende Vorg nge am Versuchsstand sollten nicht zu schnell ablau fen Allerdings ist anzunehmen dass in ein bis zwei Jahren aufgrund der zunehmen den Verbreitung verschiedenster Breitbandtechnologien VGL KOSSEL 2000 eine fl ssige bertragung von Videodaten mit einer akzeptablen Aufl sung und Kompres sion f r jeden Studenten m glich sein wird 2 1 3 Webtechnologien 2 1 3 1 Dynamische Webseiten Der Webbrowser als Benutzerschnittstelle f r beliebige Applikationen die lediglich ber den Webserver angesteuert werden bietet die entscheidenden Vorteile der Plattformunabh ngig keit und der Verwendung einer dem Benutzer vertrauten Schnittstelle Zur Schaffung einer Oberfl che f r einen webbasierten Laborversuch reicht statischer HTML Code als Beschrei bungssprache f r die Webseiten jedoch nicht mehr aus Eine Beschreibung und einen ber blick ber die verf gbaren dynamischen Ans tze gibt ZIERL 2001 Im Folgenden sind die wicht
49. auf Basis eines Java Applets zu program Kapitel 2 Grundlagen Seite 6 mieren Auch das ist ein Grund warum die bereits verf gbaren virtuellen Laboratorien im Internet eher im Feld der Physik Mathematik und nat rlich der Informatik existieren Denn neben dem h heren Grad an Theorie in diesen Disziplinen in denen generell weniger an rea len Laborversuchen gearbeitet wird ist die Programmierausbildung sehr viel besser Es ist jedoch damit zu rechnen dass sich dies aufgrund der neuen Anforderung am Arbeitsmarkt aber auch wegen der st ndigen Anwendung von moderner IT Methoden in der Forschung ndern wird und die Studienpl ne f r Ingenieurwissenschaften entsprechend angepasst wer den 2 1 2 Voraussetzungen f r ein reales Weblabor Heutige Laborversuche bringen mit der F lle meist moderner Messtechnik die idealen Vor aussetzungen mit um den Versuchsstand aus der Ferne zu berwachen und zu steuern Meist werden Programme wie LabVIEW oder VEE OneLab auf einem Steuer bzw Messrechner eingesetzt der ber seine Schnittstellen oder Einsteckkarten mit den Steuer und Messeinrich tungen des Versuchsstands verbunden ist und diesen kontrolliert siehe Kapitel 2 1 3 2 Steuerung berwachung eines Versuchstandes via Internet Ziel Schaffen einer interaktiven Schnittstelle zur Durchf hrung eines B Laborversuchs von Jedermann zu jeder Zeit von jedem Ort via Web Browser via Web Browser interaktiv
50. axis 3 00 2 00 1 00 0 00 Abb 4 1 Vergleich der theoretischen Perioden mit und ohne Flachwassern herung mit den im Labor gemessenen Werten Als wichtige vereinfachende Annahme der Theorie vgl auch Anhang B deren G ltigkeit f r das vorliegenden System untersucht werden muss sind zu nennen l Zum L sen der Differentialgleichung in Anhang B wird die vertikale Geschwindigkeit an der oberen Berandung zu Null angenommen rigid lid approximation Die Flachwassern herung ist nicht immer g ltig Nach der Faustregel Gleichung 2 14 kann sie im vorliegenden Fall f r die externen Moden mit H 17 3 cm nicht angewandt werden da die Bedingung f r die Moden n 0 65 w re Dass die Ergeb nisse ohne Flachwassern herung deutlich n her an den in der Praxis ermittelten Wer ten liegen zeigt sich deshalb auch an den Ergebnissen in Abb 4 1 F r die internen Moden ist nach der Faustregel die Flachwassern herung nur f r die erste Mode anwendbar n 1 4 Allerdings weichen die ohne Flachwassern herung errechneten Perioden ebenso stark von den gemessenen Werten ab wie die mit Flach wassern herung So sieht man in Abb 4 1 dass sich die Praxiswerte f r n gt 2 in ei nem Schlauch zwischen den beiden theoretischen Ans tzen befinden Dieser Schlauch wird mit zunehmendem n breiter Im Rahmen der in diesem Kapitel besprochenen vereinfachten Annahme der Theorie und der daraus resultierenden Fehl
51. cher da die meisten Internetbenutzer ber einen java f higen Browser verf gen und so keine zus tzlichen Benutzeraktionen f r einen erfolgreichen Abruf des Live Videostreams notwendig ist Bei beiden Ans tzen kann jedoch keine hundertprozentige Funktionsgarantie gegeben wer den Die Gr nde daf r k nnen z B eine zu restriktiv konfigurierte Firewall auf Server oder Clientseite oder ein alter oder falsch konfigurierter Browser sein Dies zeigt sich auch als Ergebnis der im Rahmen dieser Arbeit gemachten ersten kleinen Er hebungen bei denen die Funktionsf higkeit und Leistung des Videostreams von verschiede nen Standorten getestet wurde Getestet wurde von Heimrechnern per Telefonwahleingang Modem ISDN mit ADSL von Universit ten Studentenwohnheimen und Firmennetzwer ken aus Der Zugang ber Telefonwahleing nge hat bei allen an den Tests beteiligten Personen funkti oniert allerdings wird die Bandbreite einer Modem oder ISDN Verbindung 56 bzw 64kbps der hohen Bandbreitenanforderung von welafi gt 500kbps nicht gerecht Bei der Konzeption von welafi wurde allerdings immer schon ein breitbandiger Anschluss auf Client seite vorausgesetzt So ist auch erfreulich dass die Ergebnisse mit dem kleinsten derzeit in Deutschland verf gba ren Breitbandanschluss ADSL 768 kbps mit 11 fps bei einer Aufl sung von 352x288 Pixel und einer Kompression von 50 in einem akzeptablen Bereich lagen Die Netzanbindung der prim ren Zi
52. dar n mlich die Dispersi onsgleichung f r kleine Oberfl chenwellen Nach Aufl sung der erforderlichen Periode f r stehende Wellen 2 9 nach und H h ergibt sich nach Einsetzen in 2 11 TET e 2 12 ng tanh kH Schlie lich ergibt sich durch Einsetzen der Bedingung f r stehende Wellen aus Gleichung 2 7 die gew nschte L sung mit 2 13 Abh ngig von der Mode n die bestimmt werden soll kann die sogenannte Flachwassern he rung verwendet werden da der tanh f r kleine Argumente fast gleich seinem Argument ist tanh xe x x lt 0 5 Kapitel 2 Grundlagen Seite 19 Als Faustregel sind stehende Flachwasserwellen wie folgt definiert es 2 14 l 2m F r die Periode stehender externer Flachwasserwellen gilt also 2 EUN 2 15 T kw n gH Diese Flachwasserannahme gilt brigens in den meisten Flie gew ssern da sie als 1 Schicht Systeme betrachtet werden k nnen Setzt man Gleichung 2 5 in 2 9 ein setzt dies gleich mit 2 15 und l st nach c auf so erh lt man die bereits bekannte Ausbreitungsgeschwin digkeit infinitesimaler Oberfl chenwellen c gH 2 16 Wird in einem geschichteten System eine kontinuierliche Schwingung induziert so k nnen sich grunds tzlich zwei verschiedene Zust nde einstellen Dies ist abh ngig von der Anre gungsgeschwindigkeit Bei einer schnellen Anregung schwingen neben der Oberfl che auch alle vorhandenen internen Schichten symmetrisch mit siehe Abb 2 5 ohne d
53. darin ein spezielles Frontend zu gestalten welches alleine unter Verwendung eines g ngigen Webbrowsers den Zugang zu einem Laborversuch erm glicht und dabei nur ausgewahlte Funktionen anbietet Ein interessanter Anwendungsgebiet liegt im Bereich der Lehre und zwar in der Schaffung von Lehrversuchen welche die bereits existierenden Versuche in den bungslaboratorien der Universit ten weltweit erg nzen Allerdings soll es sich dabei um Versuche handeln die den Studenten jederzeit und berall zu Verf gung stehen Dabei bekommen diese ber einen Webbrowser einen sicheren Zugang zu den wichtigen Funktionalit ten des Laborversuchs Aus den Erfahrungen die w hrend dieser Arbeit gemacht wurden kann ein Anforderungspro fil f r solch einen Versuchsstand aufgestellt werden 1 Der Versuchsaufbau sollte m glichst einfach gehalten werden denn jede f r den Be trieb wichtige Funktion muss automatisiert sein und somit von einem Rechner gesteu ert werden Die Kosten einer umfassenden Automatisierung sind nicht zu untersch t zen 2 Die stindige Online Verf gbarkeit des Laborversuchs erfordert einen energiesparen den Stand by Modus der die Kosten gering h lt 3 Ein reibungsloser Wechsel in den Normalbetrieb das Anfahren des Versuchs muss ohne manuellen Eingriff m glich sein 4 Um die Betriebssicherheit eines unbeaufsichtigten Versuchsstands zu gew hrleisten m ssen u a zeitgesteuerte Abschaltmechanismen f r die autom
54. dienungselementen vertraut gemacht Die nun zur Verf gung stehenden Funktionen werden im n chsten Kapitel beschrieben 18 Ein Frame ist eine Webseite welche in eine andere Webseite eingebetet ist Kapitel 3 welafi ein web basierter Laborversuch Seite 37 Eintritt ins aktive Labor lab active asp Ist das Labor besetzt Nein v lab active asp Labor wird gesperrt lab passive asp Anzeigen des passiven Labors lab active asp Zutritt zum Labor Abb 3 9 Eintritt ins aktive Labor Hep 3 Matar valtage Show thes paga Choose the motor wolkzge di For bese tesioe wha dont want io underzizmd the Log aut physical dotals st my X5 57 78 145 nr 240 Pee ie log oul wen youre done The apprcomatel comalabon bereari volbsge and the excitation penod T s 4 Wideostream matar voltage e05 1323 0 20 in T That depends Pease choose your video seinge Fescuien and ON the temperature resp he kesslanca compression depending on the bandrd b you hawn Pisae stop enter Ca he magin en ours finshed or nos the video stream ps started every further denga is siempty Ing our done immediately yow 266 mahing cheek that iT jares ps end 4 Hars you can spon tha rima ro dalang To rikon z Cam amp Light Frequency Syrllch san Us cam amd Che ge ia ss notre ine video Light end com wall tum of gutometi cay eher rap eh mn Make highres stills of your curram varr Flores Lice he
55. e ProgId content FrontPage Editor Document gt lt title gt unlock lt title gt lt base target _self gt lt base target _self gt meta name Microsoft Theme content diploma beta weiss background 111 default gt lt meta name Microsoft Border content none gt lt head gt lt body gt lt p align center gt lt img border 0 src images snoopydance gif gt fp lt p align center gt You have b correctly logged out lt b gt Thank U lt br gt You will be guided to the lt a href default htm target _top gt welafi homepage lt a gt auto matically in 5 Seconds amp nbsp lt p gt lt p gt amp nbsp lt p gt lt p gt amp nbsp lt p gt p amp nbsp lt p gt lt webbot bot Include U Include wichtige Werte auslesen asp TAG BODY gt lt p gt amp nbsp lt p gt lt body gt lt html gt Anhang F Prelab Handout for welafi F 1 Anhang F Prelab Handout for welafi In this lab you will find the periods of some barotropic and baroclinic modes of standing wave patterns First you will calculate these periods theoretically than you will find them by obser vation in the lab Before you visit the web based lab 1 Study the wave basics on the welafi website and read the section about interfacial waves 2 Read through this handout 3 Work out the exercises at the end of this document After reading the basics in Step 1 above yo
56. e document forms 0 submit sty le font size 8pt gt lt option value 0 gt min 0 lt option gt lt option value 30 gt low 30 lt option gt lt option value 50 selected gt medium 50 lt option gt option value 70 gt high 70 lt option gt option value 90 gt very high 90 lt option gt lt select gt lt td gt ey tex lt er gt lt td width 100 align center gt lt p align center gt lt input type submit value Start vid eostream name Send style text align center left 0 width 120 position relative color FF0000 font size 8pt gt lt p gt lt tas efte table center div form script language JavaScript gt function submitIt document forms 0 submit ey script lt div align center gt lt center gt lt table border 0 width 150 bgcolor FFFF99 style margin top 15 cellspacing 0 gt GEES lt td width 100 colspan 2 gt lt p align center gt lt font face Arial gt lt b gt 2 Cam samp Light lt br gt lt b gt lt font color FF0000 size 1 face Arial gt auto off after 30 min lt font gt lt font gt lt p gt lt td gt lt tr gt lt center gt tre td width 50 gt form method POST action http 129 13 120 9 cgi bin examples victrl vi strom vi amp amp command run amp amp open amp amp SetBool Licht on gt lt p align right gt lt input type submit value On name Send style font
57. e normale Netzwerkkamera lediglich eine maximale Bildrate von 10 fps erreicht sind die Leistungsreserven eines Videoservers dar ber hinaus weit h her wie aus den Daten in Tabelle 3 1 hervorgeht Aufl sung Dateigr e Kb Maximale Bildrate fps 704 x 576 8 5 180 8 352 x 288 1 7 50 25 176 x 144 0 4 12 25 Quad 4 x 352 x 288 8 5 180 5 Tabelle 3 1 Leistungsdaten des Axis 2400 Videoservers bei verschiedenen Aufl sungen Axis 2000 Maximale Leistung f r einen Benutzer bei einer aktiven Videoquelle interlaced Wie leicht nun eine Ansteuerung des Axis CGI APIs im Vergleich zum LabVIEW VI Control CGIs mittels eines einfachen HTML Formulars gestaltet werden kann soll im Fol genden erl utert werden Die Anzeige eines aktuellen Bildes vom Videoserver z B ist durch Absenden folgender URL m glich http 129 13 145 11 axis cgi jpg image cgi Die Ausgabe erfolgt bez glich Aufl sung und Kompressionsgrad mit Standardwerten welche ber den auf dem Videoserver eingebauten Webserver definiert werden k nnen Wird nun ein HTML Formular verwendet so kann jedes einzelne Auswahlfeld in dem For mular ein an das CGI zu bergebender Parameter mit einem definierten Wert sein Dabei stellt der Name des Formularfeldes den Parameternamen und der Inhalt des Formularfeldes den Wert des CGI Parameters dar So gibt z B http 129 13 145 11 axis cgi jpg image cgi resolution 704x576 amp compressi
58. ebtech nologien verzichtet werden F r den Zugriff sollte ein gew hnlicher Webbrowser ge n gen Mit dem web based lab for interfacial waves kurz welafi kann nun unter der Internet Adresse http beam to welafi eine L sung pr sentiert werden die diese Kriterien voll erf llt Die mit LabView umgesetzte Automatisierung des Versuchsstands ist mit einfachen Mitteln erfolgreich realisiert worden und l uft u erst stabil Die aufgetauchten Probleme bei der Verwendung des LabVIEW G Webserver CGIs konnten mit dem Einsatz der Active Server Pages ASP effektiv gel st werden Besonders bei der Zugangskontrolle zum Labor welche die gleichzeitige Versuchssteuerung mehrerer Benutzer verhindert konnte ASP als serversei tige Skripting Technologie den interaktiven Anspr chen von welafi gerecht werden Mit dem Axis Videoserver wurde f r die Bild bertragung vom Versuchsstand auf eine sehr leistungsf hige Technik gesetzt Die Stand alone L sung besticht durch eine einfache Installa tion und Konfiguration durch ihre enorme Zuverl ssigkeit und besonders durch die f r das Videostreaming erforderlichen hohen Bildraten Zur Einbindung von welafi in eine Lehrveranstaltung wurde eine Webpr sentation entwi ckelt welche den studentischen Nutzer durch die Vorbereitung und Durchf hrung eines Ex periments am Versuchsstand f hrt Die theoretischen Grundlagen zum Verst ndnis von ste henden Grenzfl chenwellen werden bereitgestellt und z B mit Hil
59. eeeeeees 17 2 2 4 Naturph nomen SelClie soot certae aa t Dent meta cu ea cus B eren 21 3 WELAFI EIN WEB BASIERTER LABORVERSUCH eee 24 3 1 Vorbemerku nhg iud e ee 24 3 2 Definition des Laborversuchs coe eere et op RS en enam EP Ren and 25 3 3 PC basierte Steuerung mit LabVIEW nnne 27 3 4 Weblunklonallalota currada eco eee co soon a nA cies weet ihn Eee nde 28 3 4 1 Aufbau der Website nie roget vts ar eect ETE ee cet pras Dana 28 3 4 2 Fernsteuerung des Versuchsstands mit LabVIEW G Webserver 31 3 4 3 Videostreaming AMA BA E 32 3 4 4 Active Server Pages nn u en inne 35 SAA AllgemielligS eei Focus u a 35 3442 Zugang ZUM Labor cores lenken 36 3 4 4 3 Die Laborfunktionalit ten 2222424444400000000nnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnne nn 38 4 3 VERSUCHSDURCHFUHRUNG eere nennt tn anten tetra nata se setate atate sess snas assis 43 4 1 Ermittlung der Periode ee 43 4 2 Erste Erkenntnisse aus der Versuchsdurchf UhrUNQ cccccocccocccccnncccconananancccnnnncnnannnncos 43 4 3 Szenario f r einen studentischen Laborversuch esssenee 47 4 4 Standbilder der verschiedenen Moden eese 50 5 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 0201 naaaaananaaaaa nnn 53 EITERATURVERZEICHNIS oia da 56 Inhaltsverzeichnis I ANHANG A MATERIAL UND BEZUGSQUELLEN eene A 1 ANHANG B BOUNDE
60. eich der Hydromechanik aber auch in anderen naturwissenschaftlichen Grundlagenf chern werden schnell die besonderen Anforderungen in diesem Bereich der Lehre und Wis senschaft deutlich Dabei muss es sich nicht zwangsl ufig um einen Lehrversuch handeln denn auch ein nutzbringender Einsatz in der Forschung ist denkbar Am Beispiel eines Labo Kapitel 2 Grundlagen Seite 5 ratoriums welches der Ausbildung von Studenten dient zeigen sich jedoch klar die Vorteile eines realen Laborversuchs Zum einen ist bei der Ausbildung zum Wasserbauingenieur der direkte Kontakt mit dem Me dium Wasser f r das Verst ndnis der komplexen physikalischen Gesetzm igkeiten von e normer Bedeutung Dabei ist es besonders wichtig dass der Student interaktiv auf das jeweils untersuchte hydraulische System einwirken kann um so spielerisch lernen zu k nnen Die Betrachtung eines Lehrvideos schult zwar auch sein Gef hl f r das Verhalten von Fluiden jedoch ist dieser Lernprozess relativ passiv da der Student keinerlei Einfluss auf das System nehmen kann Speziell die Universititen wollen dem Studenten dar ber hinaus das Hand werkszeug f r ein korrektes wissenschaftliches Arbeiten vermitteln was auch die Durchf h rung und Auswertung von realen Laborversuchen beinhaltet Zum anderen k nnen bis heute nur wenige Str mungsvorg nge exakt nummerisch in Echtzeit abgebildet werden Dies ist auch der Grund warum man auf reale Modellversuche angewie sen
61. ekennzeichnet direkt in den HTML Seiten Da durch ist der Ausgangspunkt bei der Entwicklung wiederum die Webseite und nicht ein CGI Programm das den HTML Code mit Befehlen herausschreibt Als ASP Skriptsprachen k n nen VBScript oder JavaScript verwendet werden F r den Einstieg in die Entwicklung von Active Server Pages wird WELTNER 1999 empfohlen Auf die noch einen Schritt weiter gehenden Applications Server wird hier nicht eingegangen Die klassischen 3 Anwendungsf lle f r dynamische Seitengenerierung sind Formularauswer tung Session Management und Datenbankanbindung Auf Grund des verbindungslosen HTTP Protokolls hat z B das Session Mangement die besonders wichtige Aufgabe einen Besucher wiederzuerkennen Eine hierf r g ngige Technik ist der Einsatz von Cookies Coo kies sind kleine mit Benutzerinformation gef llte Textdateien welche dem Benutzer verbor gen client seitig vom Webserver gespeichert werden Beim n chsten Seitenaufruf fordert derselbe Server und nur dieser ist dazu berechtigt das Cookie wieder an und kann so einen Benutzer wiedererkennen Er kennt die vom Websurfer evtl bereits gemachten Angaben zur http www php net http www cookiecentral com Kapitel 2 Grundlagen Seite 10 Person Konfigurationsw nschen oder technischen Details und dieser muss sie daher nicht erneut eingeben Leider haben die unlauteren Methoden von www doubleclick net einer Fir ma die Online Werbeflichen schalte
62. elgruppenstandorte der Universit ten weltweit bietet dagegen bereits ideale Voraussetzungen f r die Nutzung von welafi Deutsche Universit ten aber auch die meisten der in den Universit tsst dten vorhandenen Studentenwohnheime sind mit mindestens 10 oft sogar schon 100Mbit ber feste Leitungen miteinander vernetzt So sind von diesen Standorten fl ssige Videostreams mit 25 fps bei einer Aufl sung von 352x288 Pixel und einer Kompression von lediglich 30 m glich Bei der h heren Aufl Kombiniertes Hard und Softwaresystem zum Schutz eines lokalen Netzwerkes LAN mit Anbindung an das Internet vor Angriffen des LAN aus dem Internet 17 kbps kilo bits per second 1 kbps entspricht 1000 bertragenen Bits pro Sekunde Kapitel 3 welafi ein web basierter Laborversuch Seite 35 sung von 704x576 Pixel liegt der Flaschenhals mit 8 fps nicht mehr auf dem bertragungs weg durch das Internet sondern schon bei der Komprimierungshardware wie auch aus Tabelle 3 1 hervorgeht Es gab aber auch Standorte von denen aus nur ein eingeschr nkter Zugriff auf die Vide ostreamfunktionalit t von welafi m glich war So ist es in vielen Firmennetzwerken den Be nutzern aus Sicherheitsgr nden nicht erlaubt Java einzusetzen und die einzelnen Rechner sind von den Administratoren dementsprechend konfiguriert Die Datenbasis der obigen Umfrage ist allerdings zum jetzigen Zeitpunkt noch nicht repr sen tativ um sie hier aufzuf hren und stati
63. er window ER gt lt SCRIPT gt lt hr gt lt p gt lt APPLET archive AxisCamApplet zip codeBase java code AxisCamApplet class height lt strHeight gt width lt strWidth gt gt lt PARAM NAME StreamLocation VALUE axis cgi mjpg video cgi resolution lt Application glvar_resolution gt amp compression lt Application glvar compression 5 amp showlength 1l amp camera 1 lt APPLET gt lt p gt lt font size 2 gt lt b gt lt font color FF0000 face Arial Attention amp nbsp font b font lt ul gt Anhang E ASP Quellcode E 8 lt li gt lt font color FF0000 face Arial size 2 gt After 10 minutes idle time lt font gt lt ul gt lt li gt lt font face Arial size 2 gt this page will return to the help screen amp nbsp automati cally to save bandwith font li lt li gt lt font face Arial size 2 gt motor will stop lt font gt lt li gt ul lt li gt lt i gt If you lt b gt don t see any video lt b gt ul lt li gt you could have a look at some a href http 129 13 145 2 lab setup interface excitation stillstvideos htm tar get top 5stills videos of the certain baroclinic and barotropic modes lt a gt lt 1li gt lt li gt please a href http 129 13 145 2 contact htm target _top gt contact lt a gt mex 1i5 ul lt fli gt eli lt b gt lt font face Arial size 2 gt Please a href htt
64. er Laborversuch bei frontaler Betrachtung d h aus der Perspektive der Videokamera optimal ausgeleuchtet Kapitel 3 welafi ein web basierter Laborversuch Seite 27 Abb 3 4 Antriebsmechanismus Die oben bereits angesprochenen zus tzlichen Details welche f r einen gew hnlichen Labor versuch nicht unbedingt notwendig sind dienen als Schnittstelle f r die im n chsten Kapitel beschriebene PC basierte Steuerung So ist das Netzger t mit einer seriellen Schnittstelle RS 232 ausgestattet was eine softwarebasierte Steuerung der Anregungsfrequenz ber den PC erm glicht Die Leuchtstoffr hre verf gt ber keinen Netzschalter ihr Netzstecker ist jedoch mit einem 220V Schaltsch tz verbunden welches an eine Relaiskarte mit RS 232 Schnittstelle gekop pelt ist Diese erm glicht das Schalten von 220 V Stromquellen Neben der Beleuchtung wird so auch das Netzteil zur Stromversorgung der Videokamera geschaltet Mit dem bis hier beschriebenen Versuchsaufbau ist ein auf das Labor beschr nkter Betrieb ohne weiteres m glich 3 3 PC basierte Steuerung mit LabVIEW Zur automatisierten Steuerung des Laborversuchs sind zus tzliche Ger te und Software erfor derlich Als Computer wird ein handels blicher PC mit Pentium 166 MHz mit 64 MB RAM benutzt Als Betriebssystem ist Windows NT Workstation 4 0 SP6 installiert Zur Steuerung des Versuchsstands wird die Software LabVIEW eingesetzt Es werden lediglich zwei kleinere VIs ben tigt
65. er das Internet ferngesteuerten L sung gerecht zu werden vgl auch Kapitel 2 1 2 Liste Punkt 3 werden f r die oben genannten VIs jeweils ein weiteres VI eingef hrt das diese Aufgabe bernimmt In beiden F llen handelt es sich dabei um eine einfache zur Si cherheit erforderliche Abschaltautomatik die au erdem hilft Strom zu sparen So gibt mo tor vi alle an ihn gerichteten Befehle an netzteil vi weiter und sorgt gleichzeitig ber eine eingebaute Schleife f r die automatische Abschaltung des Motors nach 10 Minuten Die Datei strom vi kommuniziert mit relais 1 vi und schaltet den Strom f r die Kamera und die Beleuchtung nach 30 Minuten Leerlaufzeit ab Das letzte ben tigte und wichtigste VI ist das bereits im Internet Developer Toolkit enthaltene VI Control CGI Das victr1 vi CGI dient dazu Steuerwerte eines laufenden VIs vom Typ boole nummerisch oder string zu setzen Es kann auch dazu verwendet werden Konsolen anderer VIs zu ffnen oder zu schlie en und VIs zu starten Es erm glicht somit eine einfache Kommunikation mit einzelnen VIs ber das Internet Am Beispiel der in welafi eingesetzten CGI Aufrufe wird die Funktionsweise schnell deut lich Die den Strom einschaltende Befehlszeile http 129 13 120 9 cgi bin examples victrl vi strom vi amp command run amp open amp SetBool Licht on 7 Der Versuchsstand ben tigt im Stand by Betrieb nur etwa 50 Watt verglichen mit einer Leistungsaufnahme im Betrieb von ca 300 Watt
66. er ist kein Trend zu einem der beiden Ans tze zu erkennen Kapitel 4 Versuchsdurchf hrung Seite 46 3 Die Viskosit t des Silikon ls wird nicht ber cksichtigt Es ist jedoch anzunehmen dass der Einfluss der Viskosit t insbesondere bei einer langsameren Anregung d h einem niedrigen Energieeintrag in das System eine Rolle spielt Der relative Anteil an Dissipationsenergie der dem System aufgrund der vorhandene Viskosit t entzogen wird wird dann verh ltnism ig gro Dies zeigt sich offenbar auch in Abb 4 1 f r die interne Mode n lt 2 da hier der am Modell ermittelte Wert weit unter beiden theo retischen Ans tzen liegt Es wird angenommen dass es sich bei den vorliegenden Wellen um lineare Wellen mit kleiner Amplitude handelt a A 1 Diese Annahme kann f r n2 3auch ein gehalten werden Im Rahmen der Boussinesq N herung wird lediglich mit p gerechnet Die Betrachtung ist auf 2 D beschr nkt obwohl es mindestens drei Gr nde gibt wes halb diese Vereinfachung zu sp rbaren Fehlern f hren k nnte a In der theoretischen Annahme ist der Beh lter unendlich breit Tats chlich ist er nur 10 cm breit Einfl sse durch an der Wand haftende Fluidteilchen oder Reflektionen sind m glich b Die Oberfl chenspannung wird vernachl ssigt obwohl ihre Einfl sse auf grund des relativ kleinen Beh lters sowie die Verwendung eines ls mit einer deutlich niedrigeren Oberflichenspannung 19 21 mN m als der von
67. fe von Animationen und Java Applets anschaulich vermittelt W hrend der Entwicklung von welafi konnten durch Kapitel 5 Zusammenfassung und Ausblick Seite 54 einen Betatest der Aufbau die Struktur und die Funktionalit t der Website erfolgreich an die Bed rfnisse der Zielgruppe angepasst werden Um einen Ausblick zu geben wie der bestehende Versuchsaufbau weiter zu optimieren ist und welche Funktionalit ten noch in welafi implementiert werden sollten wird nachfolgend eine Liste mit Vorschl gen pr sentiert 1 Die Anregungsfrequenz ist durch die starke Temperaturabh ngigkeit des Elektromo tors nicht konstant Um zu jedem Zeitpunkt die aktuelle Periode ermitteln zu k nnen sollte ein Drehzahlmesser installiert werden der in der Lage ist die aktuellen Umdre hungswerte des Antriebs zu messen und an den Steuercomputer zur ckzuliefern Die ser kann die Daten dann f r die Anzeige innerhalb der Webseite aufbereiten Die auf wendige und mit Messfehlern behaftete Zeitmessung per Stoppuhr wird somit obsolet Eine weitere Messeinrichtung k nnte in Form einer Temperaturmessautomatik beste hend aus A D Karte und Thermometer eingebaut werden die eine st ndige bermitt lung der Fluidtemperatur und damit der tats chlichen Dichten auf der Website erm g licht F r weiterf hrende Untersuchungen in einem bereits vorhandenen baugleichen zwei ten Becken werden folgende Vorschl ge gemacht a Evaluierung weiterer Anregungspo
68. hohen Abschnitt vgl Abb 3 3 Die Berechnungen beruhen auf folgenden weiteren Eingangswerten Fluid dem Wasser Silikon M3 Schichidicke h 8 93 m Dichte p 998 2 905 5 9 cm3 Zur Berechnung der theoretischen Periode mit Flachwassern herung T neor Flw n dient f r die internen Moden Gleichung 2 25 und f r die externen Moden Gleichung 2 15 Ohne Be r cksichtigung der Flachwassern herung 7 erfolgt die Berechnung mit Gleichung heor n 2 24 fiir interne und mit Gleichung 2 13 fiir externe Moden Vergleicht man die experimentell bestimmten Perioden mit den theoretischen Werten so kann f r die zweite interne und externe Mode von einer guten bereinstimmung mit den experi mentellen Messungen gesprochen werden da die Abweichung jeweils kleiner als 296 ist F r die anderen Moden sind die Abweichungen deutlich h her gt 7 Um die Ursachen daf r zu finden muss untersucht werden welche vereinfachenden Annah men der theoretische Ansatz macht welchen Einfluss die Randbedingungen am Versuchs stand darauf haben und inwieweit Messfehler eine Rolle spielen Kapitel 4 Versuchsdurchf hrung Seite 45 T s 4 00 Bestimmung der Perioden Theorie und Praxis 8 00 7 00 T intern mit FWN T intern ohne FWN 6 00 e T extern mit FWN 5 00 ke T intern Praxis T extern ohne FWN 2 T extern Pr
69. hten macht er mehrmaligen Gebrauch von der Standbild Funktion snapshot Auf den hochaufgel sten Standbildern mit geringer Kompression kann er die Details besser er kennen 9 Wegen der bekannten Ungenauigkeit des Motors siehe Punkt 4 berpr ft der Stu dent die Periode f r 57 dV noch einmal mittels einer Stoppuhr in der Steuerkonsole unter Punkt 4 Um den Start und Stopppunkt bei der Stoppuhrmessung gut zu tref fen gibt es eine Vorrichtung die ihm bei einer genauere Zeitmessung unterst tzt An der Stange die mit dem Anregungsk rper verbunden ist ist ein Plexiglasarm mit ei nem d nnen waagerechten schwarzen Strich angebracht Dieser kommt zweimal pro Kapitel 4 Versuchsdurchf hrung Seite 49 Periode mit einem ebensolchen Strich eines Gitternetzes das auf der Beckenvordersei te angebracht ist zur Deckung Dennoch misst der Student zweimal ber mehrere Zyklen um Messfehler statistisch zu minimieren In zwei aufeinanderfolgenden Messungen ber 10 Zyklen misst er hier 35 05 und 35 08 s Daraus ergibt sich f r die zweite interne Mode tats chlich eine Pe riode von 3 51 s die mit einem Unterschied von nur 1 6 gut mit dem bereinstimmt was die Theorie mit 3 45 s voraussagt Die hier pr sentierte Vorgehensweise ist nur ein Vorschlag Selbstverst ndlich kann dies aus didaktischen oder sonstigen Gr nden im Rahmen der M glichkeiten die welafi bietet vom Dozenten angepasst werden Kapitel 4 Versuchsdurchf
70. ic and barotropic modes with and without the shallow water approxima tion Hint To derive the periods for the barotropic modes use h and p 0 and recall tanh co 21 2 Calculate the periods for the first three baroclinic and the first two barotropic modes with the equations derived in 1 3 State for which modes the shallow water approximation is valid
71. iedene stehende Wellenmuster in Grenzfl chen erzeugt werden Die daf r notwendigen theoretischen Grundlagen werden in diesem Kapitel vermit telt 2 2 1 Grundbegriffe der Wellentheorie LINDNER 1993 beschreibt Schwingungen als solche Vorg nge bei denen ein Massenpunkt oder einzelner starrer K rper periodische Bewegungen um ihre Ruhelage ausf hren Ist der schwingende K rper mit einem anderen in geeigneter Weise verbunden gekoppelt so wird dieser K rper vom ers ten zur Schwingung angeregt Die zwischen beiden vorhandene Kopplung bewirkt eine bertragung des Bewegungszustandes Bilden nun viele solcher schwingungsf higen Gebilde ein zusammenh ngendes System so breitet sich die an einer Stelle eingeleitete Schwingung im ganzen System aus Das ufere Erscheinungsbild eines solchen Vor gangs wird als Welle bezeichnet Da aber alle elastisch deformierbaren K rper aus einzelnen miteinander in Verbindung stehenden Teilchen bestehen k nnen derartige Wellen im Innern und an der Oberfl che von allen festen und fl ssigen Medien und auch Gasen entstehen Lindner 1993 S 177 f Die einzelnen Teilchen nehmen abgesehen von der periodischen Bewegung um ihre Ruhela gen nicht selbst am Ausbreitungsvorgang teil Nicht die Teilchen sondern der zeitlich perio dische Bewegungszustand pflanzt sich fort Wenn die einzelnen Teilchen quer zur Ausbreitungsrichtung schwingen wird von Transver salwellen gesprochen Zu den Tran
72. igsten Fakten zusammengefasst Die Programmierung von Web Applikationen unterscheidet sich erheblich von der normalen Software Entwicklung Schuld daran ist das HyperText Transfer Protokoll HTTP das die Kommunikation zwischen dem Webbrowser Client und dem Webserver definiert HTTP ist ein verbindungsloses stateless Protokoll Das bedeutet z B dass man bei Web Applikationen im Vergleich zu gew hnlichen Applikationen kein direktes Feedback beim Server erzeugen kann wie beispielsweise beim Anw hlen einer Select Box Au erdem kann der Server einen Client nicht wiedererkennen wenn dieser wiederholt Daten anfordert oder sich durch die Website bewegt Bei der Entwicklung von dynamischen Websites ist es daher entscheidend dass die Applikationssprache M glichkeiten bereith lt diese Schwierigkeiten zu umgehen Altester und wichtigster Standard um das WWW flexibler bzw dynamischer zu gestalten ist CGI Common Gateway Interface CGI definiert einen Standard f r die Kommunikation zwischen dem Webserver und einem externen Programm das dynamische Inhalte generiert Die vom Webserver an den Webclient bergebenen statischen HTML Seiten m ssen also nicht bereits auf dem Server bereitliegen sondern k nnen mit Hilfe einer dynamischen Appli kation wie CGI sozusagen just in time erzeugt werden Wesentliche Vorteile von CGI Programmen sind dass sie in jeder beliebigen Programmier oder Scriptsprache geschrieben Kapitel 2 Grundlagen Seite
73. imie rung des Bildmaterials welches eine Beschleunigung der Bild bertragung erm glicht Wei terhin sind sie sehr einfach zu installieren sind ber eine Webschnittstelle einfach zu admi nistrieren und laufen mit auf der Hardware integrierten speziellen Betriebssystemen u erst stabil Sollten mehr Videoquellen auf einmal erfasst werden so bietet sich der Einsatz von sogenannten Videoservern an Sie arbeiten hnlich wie die Netzwerkkameras erm glichen aber den Anschluss von mehreren Videoquellen gleichzeitig und k nnen meist noch h here Bildraten erzielen als reine Netzwerkkameras Dabei gen gt ein einfaches Videosignal PAL oder NTSC welches in der Regel ber ein Koaxialkabel eingespeist wird Ein namenhafter Anbieter von Netzwerkkameras und Videoserver ist z B die Firma Axis aus Schweden Eine weitere dritte Methode die hier nur kurz erw hnt werden soll da sie wesentlich auf wendiger ist ist der Einsatz sogenannter Framegrabber Karten welche in einem PC oder ei ner Workstation eingebaut werden und das Videosignal von herk mmlichen Videokameras bzw Digitalkameras empfangen wie bei den oben genannten Videoservern beschrieben Wahrend die Bildverarbeitung hier die Komprimierung also hardwareseitig erfolgt wird die weitere Aufbereitung f r die speziellen Anforderungen an das Videostreaming im Internet von einer speziellen Serversoftware erledigt F r ein detaillierten berblick ber die g ngigen Softwareprodukte von z B
74. ist Die mit einer nummerischen L sung verbundene Abstraktion kann ein reales Laborexperi ment mit den zahlreichen Einflussgr en nicht ersetzen Kann jedoch auf die Anschauung und Messung an einem nat rlichen Modell verzichtet wer den oder soll sogar bewusst ein vereinfachtes nummerisches Modell zu Vermittlung von Lernstoff herangezogen werden so zeigen sich die Vorteile eines rein virtuellen Labors ge gen ber einem ber das Internet bedienbaren real existierenden Laborversuchs So er brigt sich insbesondere die Konzeption und der Aufbau eines realen Versuchsstands welcher viel Zeit erfordert oft ein hohen Anfall an Material und Betriebskosten bedeutet und nicht zuletzt auch Platz beansprucht Ein virtueller Versuchsstand in Form eines Programms ben tigt keinen Raum abgesehen von dem Computer auf dem er l uft Es wird keinerlei Ma terial verbraucht und wenn er lauff hig ist bedarf es lediglich der Administration des Com puters Als Nachteile sind allerdings die Kenntnisse komplexer Programmiersprachen zu nennen Der derzeitige Lehrplan des Bauingenieurstudiums sieht keine fundierte Ausbildung in einer h he ren objektorientierten Programmiersprache wie z B Java vor Ein moderneren Lehrplan w r de es auch einem Bauingenieurstudenten erm glichen ohne langes vorangegangenes Selbst studium in Eigeninitiative in der kurzen ihm f r seine Diplomarbeit zur Verf gung stehen den Zeit von nur 2 Monaten ein virtuelles Labor
75. ks silicone oil DS ES silikone oil M3 mm lab setup wave terms HU Wave types Eb weve bases standing wave modes 5 E 23 Pa i l i i L functions ap barotropic m i L baroclinic mode l lab data sheet pt ill A prelab prelab pdf m nature lab L Links for teachers stills videos enter the lab EE Survey y i i i Guestbook feedback H disc board contact i i L Cam amp Chat FAQ hp B Security Info Video Test i Abb 3 5 Struktur der Welafi Webseiten Um den Studenten als Zielgruppe den Einstieg zu erleichtern befindet sich als zweiter Punkt der ersten Ebene der Link for students Hier bekommt der Student die notwendige Infor mation zur Durchf hrung der Labor bung Mit Hilfe von zahlreichen Java Applets wird ihm durch interaktive Animationen schnell ein Basiswissen der Wellentheorie vermittelt Neben den f r eine Labor bung blichen Angaben zum Versuchsaufbau ist auch eine Aufgabenstel lung in Form eines prelab abrufbar Weiterhin findet sich eine detaillierte Herleitung der Di persionsgleichung f r Grenzfl chenwellen in begrenzten Systemen vgl Anhang B sowie Kapitel 3 welafi ein web basierter Laborversuch Seite 30 ei
76. l charset windows 1252 meta name GENERATOR content Microsoft FrontPage 4 0 meta name ProgId content FrontPage Editor Document gt title Neue Seite 1 lt title gt meta name Microsoft Theme content diploma beta weiss background 111 default gt meta name Microsoft Border content none gt lt head gt lt body gt lt center gt lt war BaseURL http 129 13 145 11 var Camera 1 var ImageResolution Request Form resolution var ImageCompression Request Form compression var DisplayWidth 352 var DisplayHeight 288 if ImageResolution 176x144 176 144 var var Displ Displ layWidt layHeig h ht if ImageResolution 352x288 var Var h ht 352 288 Displ Displ layWidt layHeig if ImageResolution 704x576 704 576 var var Displ Displ layWidt layHeig h ht No changes required below this point var File axis cgi jpg image cgi resolution ImageResolution amp compression Image Compression if Camera IS File amp camera Camera theDate var out output output output output The output output output output output Respons gt lt cente lt body gt lt html gt new Date put lt IMG SRC BaseURL File amp dummy theDate getTime toString 10 above dummy cgi parameter enforce a bypass
77. lung der Inhalte definieren kann und sich nicht auf eine vorgegebene Menge von Sprachelementen beschr nken muss wie das bei HTML der Fall ist Ein weiterer Vorteil ist die strikte Trennung zwischen Struktur und Layout der Dokumente Die Struktur wird ber die mit XML definierte Sprache erstellt und das Layout z B mit CSS Cascading Style Sheets festgelegt Einen anderen Ansatz um komplexe Anwendungen zu entwickeln die via Webbrowser ver f gbar sind verfolgt die plattformunabh ngige Programmiersprache Java Da es sich bei Java im Gegensatz zu den oben verwendeten Scriptsprachen um eine echte objektorientierte Spra che handelt stehen den weitaus gr eren und flexibleren M glichkeiten eine wesentlich l n gere Einarbeitungszeit gegen ber Besonders bei den Entwicklern von virtuellen Labors er freut sich Java gro er Beliebtheit Da es sich bei Java um einen l ngst etablierten Standard handelt bringen alle heute g ngigen Browser auch die F higkeit mit die speziell f r den Gebrauch im Internet entwickelten Java Applets auszuf hren Kapitel 2 Grundlagen Seite 11 2 1 3 2 Steuerungs und Messsoftware Die Software LabVIEW von National Instruments bietet mit seiner graphischen objektorien tierten Programmiersprache G eine ideale Umgebung um einen Versuchsstand zu steuern Messdaten zu erheben und diese darzustellen Mit der Erstellung von sogenannten virtuellen Instrumenten VIs ist es m glich jede beliebige elektronische
78. me Do tiled he igh Vane or centres snagskrin digi ckck Folued taraj Melt wide cl ad EM a Lita Lud J ed mima aa eir iua risks pria imp namubla Coin Td rd alas alil el hakamabib hein bread pa irem atin bau Abb 3 10 Eingangsseite des aktiven Labors im linken Frame die Steuerkonsole rechts der zur variablen Anzeige dienende Hauptframe Kapitel 3 welafi ein web basierter Laborversuch Seite 38 3 4 4 3 Die Laborfunktionalit ten Die meisten der auf der linken Seite befindlichen Bedienungselemente verwenden ASP und funktionieren wie folgt 1 Videostream Der Benutzer kann Aufl sung und Kompressionsgrad des Videostreams mit Hilfe eines Web formulars selbst w hlen Verf gt er ber einen schnellen Internetanschluss so hat er auch die Moglichkeit bei hoher Aufl sung und niedriger Kompression eine hohe Bildrate zu erzielen Beim Starten des Videostreams oder sp terer nderung werden die Daten an eine ASP Seite set video cookies asp per POST Befehl gesendet welche dann wiederum die Video Cookies setzt Abb 3 11 und anschlieBend die Anzeigeseite f r den Videostream aufruft ae een select_frame asp Auswahl der Videokonfiguration durch Benutzer bergabe durch Formular set_video_cookies asp Speichert die Videokonfiguraton als nichtpermanente Cookies Aufruf des Videostreams Abb 3 11 Videostream Setup Bevor von dieser Seite jedoch ein f r den Benutzer sichtbarer HTML Code
79. ming F r die bertragung eines Live Videos vom Versuchsstand wird ein bereits in Kapitel 2 1 3 3 erw hnter Videoserver verwendet Bei der auf dem Stand Alone Ger t eingesetzten Firmwa re handelt es sich um eine fr he Linux basierte Version An das Ger t k nnen bis zu 4 Vi deoquellen gleichzeitig angeschlossen werden Im Rahmen dieses Projektes wird lediglich eine Videokamera betrieben Eine Verwendung an weiteren Versuchsst nden innerhalb des Labors welche bereits ber geeignete Videoquellen verf gen ist also ohne die Anschaffung neuer Hardware m glich Dabei kann man mit dem anzuschlie enden Koaxialkabel eine Ent fernung zwischen Versuchsstand und Videoserver von bis zu etwa 50 m berbr cken W h 13 Abk f r Uniform Resource Locator URL bezeichnet die genormte Adressierung f r Multimedia Dokumente im WWW oder auf dem eigenen Rechner Ein Webbrowser muss die URL einer Homepage kennen um auf sie zugreifen zu k nnen Sollen aus einem HTML Dokument andere Dokumente aufgerufen werden so m ssen eingebettete Links mit deren URL enthalten sein Eine URL ist wie folgt aufgebaut Proto koll Server Verzeichnis Dokument 14 Unter Firmware versteht man die Software eines Ger ts die vom Hersteller des Ger ts in einem ROM Baustein untergebracht wurde Diese Software hat meist sehr elementare Aufgaben in dem jeweiligen Ger t M T COMPUTERLEXIKON 2001 Kapitel 3 welafi ein web basierter Laborversuch Seite 33 rend ein
80. n Dichte schichtung typischerweise m ya 0 ie angenommen werden kann ist nach 2 17 P 210 Ap Kapitel 2 Grundlagen Seite 23 Daraus ergibt sich f r die interne Amplitude nach 2 30 a 10a Bei einer Oberfl chenamplitude von a 5cm bedeutet dies eine interne Amplitude von a 0 5m Zur berschlagsberechnung der Perioden werden folgende weitere Annahmen getroffen 1 70km H 100m h 10m Daraus ergibt sich aus Gl 2 25 f r die Periode der ersten internen Mode T py 2460 min 41h 1 Dies zeigt wie langsam solche Prozesse in der Natur ablaufen KISTLER 2000 schreibt ber die im Jahre 1841 im Genfer See stattgefundene au ergew hn lich starke externe Seiche dass sie eine externen Amplitude a von 1 87m und einer Periode T von 73 min hatte Der See schaukelte ganze 7 Tage und 17 Minuten Pr ft man dies mit einer berschl gigen Berechnung der Periode f r die erste externe Mode mit Hilfe von Gl 2 15 so ergibt sich tats chlich T rw1 74min Die f r die Natur au ergew hnlich kurze Periode zeigt dass es sich bei diesen Angaben nur um eine externe Seiche handeln kann Kapitel 3 welafi ein web basierter Laborversuch Seite 24 3 welafi ein web basierter Laborversuch 3 1 Vorbemerkung Bei welafi dem web based lab for interfacial waves handelt es sich um die web basierte Steuerung eines real existierenden Versuchsstands Deshalb kann eine Betrachtung aller betei ligten K
81. n etwa 72 km und einer laut JIRKA 1999 mittleren Tiefe von etwa 100 m ist das ausl sende Moment so wie an vielen anderen Seen ein ber l ngere Zeit anhaltender Wind aus derselben Richtung Er stellt die Oberfl che des Sees schief wie in Abb 2 7 gezeigt wird Sobald der Wind sich legt muss der See den Gleichgewichtszustand Kapitel 2 Grundlagen Seite 22 ebene Oberfl che wieder herstellen Wie ein Pendel welches aus der Ruhelage gebracht wird fangt der See nun an zu schwingen Wind Tw As h p H mo a h p Ap mi A m Abb 2 7 Erzeugung einer Seiche aus JIRKA 1999 Das horizontale Kr ftegleichgewicht in Abb 2 7 entspricht pg 2a H 7T f 2 26 Daraus l sst sich die Oberfl chenamplitude a als induzierender barotroper Krafteinfluss f r die externe Seiche ermitteln qoc E 2 27 P8 2H Der Druck am Boden muss zu konstant sein denn in dieser Schiefstellung gibt es keine Str mungen Die Dr cke sind Pins P8 h a a p Ap g h a 2 28 Prens P8 h a a p Ap s h a 2 29 Eine Gleichsetzung beider Terme ergibt die interne Amplitude a als die ausgleichende barokline Korrektur f r die interne Seiche g E a 2 30 Nun wird deutlich wie grof die Unterschiede zwischen den internen und externen Amplitu den in nat rlichen Gew ssern werden k nnen Eine berschl gige Rechnung am Beispiel des Genfer Sees soll dies verdeutlichen Da in Seen aufgrund der temperaturgegebene
82. n im Speziellen besch fti gen Um hier ein m glichst gro es Publikum zu finden pr sentiert sich die Website komplett in englischer Sprache In Abb 3 5 ist die aktuelle Struktur der Webseiten abgebildet Da eine Website selten eine endg ltige Gestalt annimmt sondern vielmehr ein dynamisch sich st ndig ver nderndes Pro dukt darstellt muss mit einer zuk nftigen Erweiterung und Anpassung dieser Struktur ge rechnet werden In der ersten Spalte von Abb 3 5 sind die m glichen Einstiegspunkte auf der Eingangsseite der Welafi Website zu sehen Diese sind auch auf allen anderen Seiten mit Ausnahme des Laborbereichs durch eine Navigationsleiste Abb 3 6 abrufbar Unter about welafi findet der Besucher der Webseite Informationen ber die Motivation des Projektes zahlreiche tech nische Hintergrunddetails zu den in der Entwicklungsphase des Laborversuchs evaluierten Fluiden und getesteten Anregungsmechanismen aber auch zu den eingesetzten Webtechnolo gien und der verwendeten IT Hardware Dar ber hinaus findet sich dort auch eine Linksamm lung zu anderen web basierten Projekten und Laboratorien und zu Seiten die sich mit e learnig und WBT web based training befassen Kapitel 3 welafi ein web basierter Laborversuch Seite 29 pee e the idea Co actual setup Beim g first ideas surface excit about welafi lab genesis kerosene i N H silicone oil DSO H Lin
83. ne Beschreibung der in der Natur vorkommenden Grenzfl chenwellen Au erdem findet der Student f r ein weiterf hrendes Studium von stehenden Wellen eine Linksammlung Der Link for teachers soll ebenso zielgruppenorientiert einen schnellen Einstieg f r Do zenten bieten Interessierte Lehrer k nnen hier schnell entscheiden ob welafi sich in ihren Lehrplan sinnvoll einbinden l sst Eine Sammlung von Standbildern und Videos welche die M glichkeiten von welafi zeigt unterst tzt sie dabei Mit einem Klick auf enter the lab betritt der Besucher den eigentlichen Laborbereich Damit begibt er sich in den Kernbereich der Website Hier wird weitgehend mit Hilfe von dynamischen Webseiten auf Basis von ASP gearbeitet Deshalb wird f r eine detaillierte Be schreibung der dort zu Verf gung stehenden Funktionalit ten und der technischen Realisie rung an dieser Stelle auf Kapitel 3 4 4 2 verwiesen Unter dem Punkt feedback findet man sich diverse typische Funktionalit ten zur Kommuni kation die M glichkeit zu Kontaktaufnahme ein G stebuch und ein Diskussionsforum Ein Umfrageformular hilft au erdem einen berblick ber die bei den Anwendern evtl auftre tenden Probleme und Informationen ber deren Computerausstattung und Netzanbindung zu erhalten So k nnen vorhandene Inkompatibilit ten erkannt und beseitigt werden A welafi Web B Datei Bearbeit zur ck mp about welafi for students for teachers enter the l
84. olgenderma en definiert A ga Eg 2 17 Po wobei Ap der Dichteunterschied der benachbarten Schichten ist mit Ap p p Q 18 und p als Referenzdichte als die Dichte einer der beiden angrenzenden Schichten oder de ren Mittelwert gew hlt werden darf Hier wird der Mittelwert verwendet also ist p PC 2 19 2 Diese langsamere Mode bei dem die reduzierte Erdbeschleunigung ma geblich die Bewe gungen im System bestimmt wird als barokline Mode bezeichnet siehe Abb 2 6 Nach GILL 1982 ist die genaue Bedeutung der Bezeichnung baroklin dass der Druck auf Oberfl chen gleicher Dichte nicht konstant ist CEL CL NEU CE CIE E UE Abb 2 6 Barokline Mode antisymmetrische Schwingung benachbarter Schichten aus JIRKA 1999 Die interne Welle einer solchen baroklinen Mode bewegt sich wesentlich langsamer als die einer barotropen Mode und erzeugt dabei relativ hohe Amplituden Die dadurch entstehenden Oberfl chenwellen sind exakt antisymmetrisch zu den internen Wellen ausgerichtet und schwingen mit einer wesentlich geringeren kaum sichtbaren Amplitude F r die Betrachtung von internen Grenzfl chenwellen soll nun analog zu der mit Gleichung 2 13 hergeleiteten Beziehung die Periode 7 bestimmt werden mit welcher das System angeregt werden muss um die n te interne Mode einer stehenden Welle zu erzeugen Von 2 10 ausgehend erh lt man zun chst a Pi Pr m E ip Pi 2 20 Kapitel 2 Grundlagen Seite 21
85. omponenten des webbasierten Labors mit einer isolierten Beschreibung des eigentli chen Versuchsstands beginnen Der Laborversuch ist also so aufgebaut dass er auch ohne eine Koppelung an eine internetbasierte Steuerung betrieben werden kann Dies wird auch mit Hilfe von Abb 3 1 deutlich ATA Antrieb Legende COM 1 programmierbares Lo 30v Elektrischer un d Netzgerat Gteichstrommotor rbindungen Getriebe jl riell RS 232 jeo Wi W 1 gt Beleuchtung ra N Versuchsbecken u Relaiskarte ET SMS Sch tz 220 VA 220V Steuer PC Videokamer P166 64MB BNC EE OS NT 4 0 Y v L Kameranetzteil 4 8V Software 220 mago Labiew 5 11 mit G Webserver NG E Webserver ji 220 Video Server PIII800 220V 220 V Axis 2400 E X OS Linux OS W2K SP2 MS IIS 5 0 z 10 MBit 100 MBit 100 MBit D 10 100 MBit a Client 1 DSL Modem 1 5 8 Mbit s Client 3 Client 2 Kabel Modem Abb 3 1 Versuchsaufbau Web based lab for interfacial waves Dar ber hinaus gibt es nur ein paar wenige zus tzliche Details welche f r einen gew hnli chen Laborversuch nicht unbedingt erforderlich sind Dies betrifft verschiedene Funktionalit ten
86. on 30 amp camera 1 ein Standbild von camera 1 mit einer Aufl sung resolution von 704x576 Pixel und einer Kom pression compression von 30 aus Die Trennung der Parameter durch das erfolgt hier au tomatisch Die Ausgabe eines Videostreams erfolgt mit einer hnlichen Befehlszeile und lautet analog zur oben beschriebenen Ausgabe eines Standbildes http 129 13 145 11 axis cgi mjpg video cgi resolution 704x576 amp compression 30 amp camera 1 Dies funktioniert allerdings nur wenn der Clientbrowser den sogenannten Server Push Mode unterst tzt eine von Netscape entwickelte Technologie um ein Bilddatenstrom ohne zus tzli che Techniken an den Webbrowser zu bertragen Server Push wird vom Internet Explorer nicht unterst tzt und ist selbst mit dem Netscape Navigator nur mit einem st renden Flackern P fps frames per second Bilder pro Sekunde Kapitel 3 welafi ein web basierter Laborversuch Seite 34 einzusetzen Deshalb wird der Bilddatenstrom beim Axis Videoserver entweder in einem Ac tiveX Control oder einem JavaApplet verpackt F r die L sung ber ActiveX muss der Benutzer vor dem ersten Aufruf der Videostreamseite zun chst ein Plug In herunterladen und dieses installieren Das erfolgt zwar automatisch ist jedoch nicht sehr beliebt da der Anwender aus Sicherheitsgr nden nicht unbedingt gewillt ist fremde Software auf seinem Rechner zu installieren Der Einsatz von Java gestaltet sich dagegen schon einfa
87. onders in den Ingenieurwissenschaften spielt die Arbeit am Versuchsstand sowohl f r den Wissenschaftler als auch f r den Studenten eine wichtige Rolle Speziell in der Lehre bietet sich die M glichkeit die komplexen theoretischen Zusammenh nge am realen Modellversuch auch durch ein interaktives Experimentieren zu ergr nden und zu begreifen Allerdings ist die Anzahl der an einer Universit t verf gbaren Versuchsst nde begrenzt und manch eine Bildungseinrichtung muss aus finanziellen Gr nden sogar komplett auf ein bungslaboratorium verzichten Im Rahmen dieser Diplomarbeit soll deshalb gezeigt werden wie mit Hilfe der heute einsetz baren Webtechnologien die M glichkeit besteht einen realen Laborversuch ber das Internet weltweit jedermann zu jederzeit zug nglich zu machen Das in der vorliegenden Arbeit entwi Kapitel 1 Einleitung Seite 2 ckelte web based lab for interfacial waves kurz welafi befasst sich mit dem Ph nomen ste hender Wellenmuster in geschichteten Str mungen Zun chst werden die Voraussetzungen und Grundz ge eines web basierten Labors und die zum Einsatz kommenden Hard und Softwaretechnologien erl utert So werden die verschie denen Ans tze des Videostreamings das zur visuellen berwachung der Vorg nge am Ver suchsstand mit Hilfe einer Videokamera dient vorgestellt Weiterhin werden die Vorz ge und die Notwendigkeit einer dynamischen Webseitenentwicklung und die daran gekoppelten Ver fahren z
88. onncccccccnnccncnanoncccncnnnnnnnn cn ncnnnnnnnn cnn 37 Abb 3 11 VideostreameSeltup seo peior ie eco Eo o tore b aan e rd deperit e res 38 Abb 3 12 Aufruf des Videostreams untere uk 39 Abb 3 13 Auswahl der Motorspannung sssssesssseeeeeeennn mm ener 40 Abb 3 14 LAGO UEVOrgand aasahan eta er aera eut rei 42 Abb 4 1 Vergleich der theoretischen Perioden mit und ohne Flachwassern herung mit den im Labor gemessenen Werten une eek 45 Abb 4 2 Welafi Steuerkonsole mit Videodarstellung 44444444400HHnnnnR nennen 48 Abb 4 3 Standbild der ersten baroklinen Mode sse He 50 Abb 4 4 Standbild der zweiten baroklinen Mode sm nn 50 Abb 4 5 Standbild der dritten baroklinen Mode sss nana 51 Abb 4 6 Standbild der ersten barotropen Mode ssse 51 Abb 4 7 Standbild der zweiten barotropen Mode sssHee 52 Kapitel 1 Einleitung Seite 1 1 Einleitung Der Physiker Tim Berners Lee der am europ ischen Kernforschungszentrum CERN in Genf arbeitete wollte es den Wissenschaftlern des CERN erm glichen die Ergebnisse ihrer Arbeit auf einfache Weise miteinander auszutauschen Dies sollte unabh ngig vom jeweils verwen deten Computersystem und losgel st von vielen verschiedenen Programmen m glich sein So entwickelte er daf r im Jahr 1989 den ersten noch textorientierten Browser die Basisapplika
89. p 129 13 145 2 1abcam unlock asp target _top gt LOG OUT lt a gt when you re done lt font gt lt b gt lt li gt lt ul gt lt p gt amp nbsp lt p gt lt BODY gt lt HTML gt Anhang E ASP Quellcode E 9 E 7 select drehzahl asp select drehzahl asp gt lt Kontrolliert ob die Drehzahl im erlaubten Bereich liegt gt lt Liest die Gewuenschte Drehzahl aus der Form aus und speichert sie als globale Variable gt lt ebenso wie den f r labview noetigen link zu drehzahlaenderung gt lt Baut die Seite aus den untenstehenden Frames auf gt 8 LANGUAGE VBScript Response Expires 0 35 t intDrehzahl Request Form drehzahl asp strToslow Toslow htm strTofast Tofast htm if intDrehzahl 0 and intDrehzahl 30 Then response redirect strToslow ElseIf intDrehzahl 260 Then response redirect strTofast Else Application Lock Application Contents glvar motor intDrehzahl Application Contents glvar set motor http 129 13 120 9 cgi bin examples victrl vi motor vi amp command run amp open amp SetInt Drehzahl intDrehzahl Application Unlock End If gt lt html gt lt head gt lt meta http equiv Content Type content text html charset windows 1252 gt lt title gt select_drehzahl asp lt title gt lt meta name GENERATOR content Microsoft FrontPage 4 0 gt meta name ProgId content FrontPage Editor Document g
90. r den exklusiven Zutritt vorbereitet Application Lock die Sperrungsvariable glvar lock wird aktiviert da ja nicht besetzt ist Application Contents glvar lock aktiv die benutzerspezifische SessionID wird als Schluessel glvar key gespeichert Application Contents glvar key Session SessionID die Application wieder freigegeben Application Unlock END IF und die unten angegeben Frames aufgebaut Der Benutzer ist nun im Lab active mode gt lt html gt lt head gt lt meta http equiv Content Type content text html charset windows 1252 gt lt title gt active Lab lt title gt lt meta name GENERATOR content Microsoft FrontPage 4 0 gt lt meta name ProgId content FrontPage Editor Document gt lt meta name Microsoft Theme content diploma beta weiss background 111 default gt lt meta name Microsoft Border content tl default gt lt head gt frameset cols 200 gt lt linke Seite Schaltkonsole gt lt frame name Auswahlframe target Hauptframe src select_frame asp scrolling auto gt lt rechte Seite Anzeigeframe gt frame name Hauptframe src welcome asp target self lt noframes gt lt body gt lt p gt Diese Seite verwendet Frames Frames werden von Ihrem Browser aber nicht unterst tzt body noframes frameset lt html gt E 2 Anhang E ASP Quellcode E 3 E 4 select frame asp lt select frame asp gt lt
91. r replacing i 1 we obtain the so called dispersion relation o 1 a o 1 ee k tanh kh k ta 5 Ai p 35 Anhang C LabVIEW VIs netzteil vi Anhang C LabVIEW Vis C 1 netzteil vi Connector Pane Com Port Ens Drehzahl e gt Umrechnungskonstante Block Diagram Schnittstelle initialisieren Anhang C LabVIEW VIs Ausgangsspannung null setzen netzteil vi Anhang C LabVIEW VIs IStrombegrenzung auf 2 A einstellen netzteil vi Anhang C LabVIEW VIs netzteil vi 0 0 1 C 4 Anhang C LabVIEW VIs relais l vi C 2 relais 1 vi Connector Pane Block Diagram 0000000000 de 210 27PPODOOODOODOODE 0301 0103 E NH NH NH EH EH NH NM NM NH NM NM NH M NH NH EH NH N N NH A a NH B j uguugguadgangut ogpo sgggagugggaggmo 0101 0000 mm m ESS ESS DSS DSS Nan DSS DSS DSS Ban Na Tan Tan Dan Ta Na an Nan Ta Nan Ta a a a DODOCDCODODO Ga iy 2PPODODOODOODOODE C 5 Anhang C LabVIEW VIs 0301 0002 relais I vi Anhang C LabVIEW VIs motor vi C 7 C 3 motor vi Connector Pane mm zi Block Diagram Hier deaktiviert man den Motor Anhang C LabVIEW VIs Drehzahl motor vi C 8 Anhang C LabVIEW VIs strom vi C 9 C 4 strom vi Connector Pane Block Diagram Hier macht man das Licht anj Anhang C LabVIEW VIs
92. setzung berpr ft die berpr fung auf Cookie Annahme Abb 3 8 Dabei wird getestet ob der Browser des Benutzers die Annahme von nicht permanenten Coo kies erlaubt Als Cookies werden die Session ID und die vom Benutzer gew hlten Videoein stellungen Kompression und Aufl sung gespeichert Mit Hilfe der Session ID kann der Ser ver den Benutzer w hrend einer definierten Sessionlaufzeit von 10 Minuten wiedererkennen und aus den Video Cookies kann er bei wiederholtem Aufruf des Videostreams die zuletzt gewahlten Videoeinstellungen abrufen berpr fung auf Aufruf des Links Enter the lab durch Benutzer y session cookie test 1 asp Setzt ein Testcookie Session cookie test 2 asp Kann das Testcookie ausgelesen werden Eintritt ins aktive Labor help no cookies htm Hinweis Cookie Aktivierung Abb 3 8 berpr fung auf Cookie Annahme Ist die Cookie Annahme berpr fung erfolgreich abgeschlossen so wird automatisch ver sucht ins aktive Labor einzutreten Abb 3 9 Ist das Labor unbesetzt und somit der Eintritt m glich wird bekommt der Benutzer die Ein gangsseite f r das aktive Labor angezeigt 1ab active asp Sie besteht aus zwei Frames Im linken Frame wird st ndig die Steuerkonsole angezeigt se1ect frame asp lm rechten Frame dem zur variablen Anzeige dienenden Hauptframe wird zun chst die Willkommens bzw Hilfeseite angezeigt Abb 3 10 Hier wird der Benutzer mit den Be
93. sitionen um Vorteile und Unterschiede der Oberfl chenanregung aufzuzeigen und zu nutzen So w re z B eine Anregung an der Grenzschicht Ol Luft zu untersuchen b Untersuchungen mit anderen Fluiden sind denkbar Es k nnten so z B die unterschiedlichen Einfl sse der Viskosit t und der Oberfl chenspannung studiert werden c Optimierung des Anregungsk rpers F r die Implementierung des zweiten Beckens in welafi bedarf es im Wesentlichen nur noch einer weiteren Videokamera Zur pr zisen Darstellung der theoretischen Ans tze und zum Vergleich mit dem phy sikalischen Modell w re als Erg nzung von welafi die Entwicklung eines nummeri schen Modells und dessen animierte Darstellung w nschenswert z B in Form eines Java Applets In diesem Modell k nnten auch f r den vorliegenden Modellversuch ty pische Randbedingungen Ber cksichtigung finden wie z B die Ver nderung der Wassertiefen bei unterschiedlichen K rpereintauchtiefen Kapitel 5 Zusammenfassung und Ausblick Seite 55 5 Nicht immer kann eine schnelle Internetverbindung garantiert werden Wenn der Be nutzer von welafi ber keinen Breitbandanschluss verf gt oder die Verbindung ber lastet ist sollte der Versuch dennoch durchf hrbar sein Der Benutzer soll die M g lichkeit haben eine selbst erstellte Videoaufzeichnung als Videodatei herunterzuladen Weiterhin k nnten auch Bildergalerien einzelner Live Standbilder generiert werden Somit lassen sich zwei weitere
94. stisch auszuwerten Es fehlen weitere internationale Teststandorte 3 4 4 Active Server Pages 3 4 4 1 Allgemeines In diesem Kapitel werden die Webseitenfunktionalit ten des eigentlichen Laborbereichs n her betrachtet Fast alle daf r notwendigen Seiten werden dynamisch erstellt Dabei soll verdeut licht werden wie die Verwendung von serverseitigem Skripting mit Hilfe von ASP Active Server Pages einige Schw chen von rein statischem HTML Code beheben kann Die darge stellten Ablaufdiagramme sind sehr allgemein gehalten Eine Erkl rung der verwendeten Sinnbilder ist in Abb 3 7 dargestellt F r einen detaillierten Einblick ist in Anhang E der da hinterliegende kommentierte ASP Code abgedruckt Anfang Titel A Ausf hrung von ASP Code SUE eines ciclo clientseitig nicht sichtbare durch Benutzer z B RR serverseitige Ausf hrung Tastatur Maus Visuelle Ausgabe Verweis also z B durch ASP Seiten auf oder von einem dynamisch erzeugte an den weitereren Browser zur ckgelieferte Flussdiagramm statische HTML Seite Abb 3 7 Definition der in den Ablaufdiagrammen verwendeten Sinnbilder auf Basis von DIN 66001 1983 Entscheidung innerhalb von ASP Seiten autom Weiterleitung Kapitel 3 welafi ein web basierter Laborversuch Seite 36 3 4 4 2 Zugang zum Labor Der Laborbereich wird ber den Link Enter the lab betreten Dabei wird zun chst eine erste Zugangsvoraus
95. strom vi Anhang C LabVIEW VIs victrl vi C 11 C 5 victrl vi Connector Pane CGI victrl Block Diagram Location Zs4n Anhang C LabVIEW VIs victrl vi Anhang C LabVIEW VIs victrl vi iB Virtuallnstrument 2 ms Lic Front Panel Open LR Virtuallnstrument 2 nam Front Panel Open o B Virtuallnstrument 2 Abort VI H Ee les Anhang D G Web Server CGI Parameter D 1 Anhang D G Web Server CGI Parameter VI Control CGI Parameters name vi name vi name is the name of or path to a VI on which the CGI is going to operate You can specify the name explicitly i e victrl vi name example vi Or implicitly i e victrl vi example vi command operation This optional parameter specifies what operation besides setting value s should be performed on the specified VI operation can be one of the following open opens the front panel of the specified VI close closes the front panel of the specified VI abort aborts the execution of the specified VI run loads the VI into memory and starts it running If the VI s panel should be opened also pass a parameter named open The run command requires a path to the specified VI redirect URL URL specifies the document which the browser should display after the CGI has exe cuted If no redirect parameter is specified the page in the browser does not change If the redirect parameter specifies an empty URL the browser is reqested to update that p
96. sversalwellen geh ren z B die Wellen des Lichts oder auch eine einfache Seilwelle die in einem beidseitig fixierten Seil entsteht wenn man an ei nem Ende eine periodische Schwingung durch eine Auf und Abbewegung induziert In den Longitudinalwellen schwingen die Teilchen hingegen l ngs der Fortpflanzungsrich tung Schalwellen in Gasen festen K rpern und in Fl ssigkeiten sind Longitudinalwellen Bei der Wasserwelle handelt es sich weder um eine Longitudinal noch um eine reine Trans versalwelle da die einzelnen Wasserteilchen vertikale Ellipsen durchlaufen Im Rahmen die ser Arbeit kann dies allerdings f r die theoretische Betrachtung vernachl ssigt werden Kapitel 2 Grundlagen Seite 15 Die mathematische Beschreibung einer Wellenform die auf einer sinusf rmigen harmoni schen Schwingung basiert ist durch eine ebensolche Funktion y asin 2 scr asin kr am 2 1 m glich siehe Abb 2 2 Die in Gl 2 1 enthaltenen Gr en sind wie folgt definiert Die Wellenl nge A entspricht dem Abstand zwischen zwei benachbarten Punkten auf der Welle mit derselben Auslenkung y also z B dem Abstand zwischen zwei benachbarten Wellenber gen siehe Abb 2 2 Die Wellenzahl k ist definiert als E A Die Frequenz f entspricht der Anzahl der Schwingungen pro Sekunde Die Zeit welche die k 2 2 Welle braucht um eine Wellenl nge zur ckzulegen wird als Periode der Welle bezeichnet und entspricht dem Kehrwert ihrer Frequenz
97. t meta name Microsoft Theme content diploma beta weiss background 111 default meta name Microsoft Border content tl default lt head gt lt frameset rows 100 border 0 frameborder 0 framespacing 0 framecolor 0000000 gt frame name Oben src drehzahl asp scrolling auto framespacing 0 frameborder no gt frame name Unten src main frame asp framespacing 0 frameborder no target self noframes body lt p gt Diese Seite verwendet Frames Frames werden von Ihrem Browser aber nicht unterst tzt body noframes frameset lt html gt E 8 drehzahl asp drehzahl asp gt lt Ruft automatisch den fertigen f r LabVIEW bestimmten CGI Link auf gt 0 LANGUAGE VBScript gt Response Expires 0 35 t response redirect Application Contents glvar set motor gt lt head gt lt meta name GENERATOR content Microsoft FrontPage 4 0 gt lt meta name ProgId content FrontPage Editor Document gt lt title gt lt title gt lt meta name Microsoft Border content none gt lt head gt Anhang E ASP Quellcode E 10 E 9 snapshot frame asp lt snapshot frame asp gt lt Zeigt ein aktuelles Standbild im rechten Frame an gt lt und berlistet Netscape dabei mit einem Dummyparameter gt 0 LANGUAGE JavaScript 35 Response Expires 0 35 html head meta http equiv Content Type content text htm
98. t das Vertrauen in Cookies bei den meisten Internetan wendern zerst rt so dass Cookies immer noch mit dem Vorurteil zu k mpfen haben die Pri vatsph re des Surfers auszuspionieren Unterschieden werden muss dabei allerdings zwischen permanenten und nicht permanenten Cookies Permanente Cookies werden auf der Festplatte des Benutzers gespeichert und verbleiben dort bis ein vom Sender spezifiziertes Ablaufdatum erreicht ist Nicht permanente Cookies hingegen sind lediglich im Arbeitsspeicher RAM des Benutzers gespeichert und stehen so nur w hrend des Besuchs auf der Webseite zur Verf gung Dies reicht aber aus um sie sinnvoll w hrend des Besuchs im webbasierten Labor zu verwenden beispielsweise zur Speicherung benutzerspezifischer Einstellungen wie z B der verwendeten Bildschirmaufl sung oder der zu Beginn des Versuchs bergebenen Startpara meter Somit sind sie f r den weiteren Verlauf der Sitzung abrufbar Zusammenfassend bieten die Web Applikationssprachen in Verbindung mit HTML eine prak tische M glichkeit mit relativ einfachen Mitteln und innerhalb von kurzen Entwicklungszei ten brauchbare Webanwendungen zu entwickeln Es ist damit zu rechnen dass in Zukunft bei der Entwicklung von dynamischen Webseiten zunehmend XML Extensible Markup Langua ge statt HTML Verwendung finden wird XML so schreibt das M T COMPUTERLEXIKON 2001 erweitert die M glichkeiten von HTML dahingehend dass man sich eine eigene Sprache f r die Erstel
99. tellt wird ber die dabei gemachten Erkenntnisse berichtet und ein Szenario einer studentischen bung im web basierten Labor geschildert Das mit welafi pr sentierte web basierte Labor eines realen Versuchsstands ist nach Recher che des Autors das erste seiner Art im Bereich der Hydromechanik Auch M CKE 2001 be richtet dass sich viele Vorlesungen bereits per Internet vermitteln lassen dass die Studenten jedoch die f r die Ingenieurausbildung wichtigen Laborexperimente noch vergebens suchen Kapitel 1 Einleitung Seite 3 Die bereits initiierte Nutzung von welafi im Rahmen der Labor bungen f r die Studenten der Umweltwissenschaften am renommierten MIT in Boston USA zeigen deutlich das vorhan dene Interesse an solchen Projekten Kapitel 2 Grundlagen Seite 4 2 Grundlagen 2 1 Web basierter Laborversuch F r die im Rahmen dieser Arbeit erw hnten Begriffe wie virtuelles Labor cyberlab oder eben auch web basierter Laborversuch soll folgendes definiert werden e Es handelt sich ausschlie lich um Anwendungen die unter Zuhilfenahme eines Web browsers ber das Internet zug nglich gemacht werden Dabei wird davon ausgegan gen dass der eingesetzte Webbrowser heute g ngige Webtechnologien wie Java Ja vaScript frames cookies etc versteht Die entscheidenden damit verbundenen Vor teile sind jederzeit und weltweit verf gbare Applikationen die unabh ngig von der verwendeten Computerplattform einsetzbar sind e
100. tem of four equations 23 to 26 in four unknowns we obtain 2kh Substituting this into 22 and showing the algebra we have 2kh kz kz UA o age k e 1 ke 1 2kh kz iawe Z k iaQ e te 2kh k e 1 kh te kh kz E k e e eh ciao AGE BA kh kh k e eg and recalling cosh x 2 7 26 27 Q8 29 30 Anhang B Bounded interfacial waves B 7 gives us iwa cosh k z mou e G1 k sinh kh and similarly i0a hik Z i a is k z h 32 k sinh kh Thus the velocity potential 18 becomes iwa cosh kK z ai Kt B Eso 33 k sinh kh iaa cosh k z E sinh kt cos kx at 34 The condition derived from the Bernoulli equation 16 specifies the relationship between kand Substituting 9 o and 77 into 16 gives k sinh KA af _ iwa cosh k z h a k sinh kh extis ar 9 iwa cosh k z h online le con p Rewriting the cosine terms as exponentials see 17 and remembering that z 0 gives us d iwa cosh kh mal 9 i a cosh kh um decu Ha k sinh kh or ksinh kh salp pe After taking the derivatives and a little trigonometry we get 10 Ida 1 il xat 0 04 1 i f i xat D E P ET og p p glo k tanh kh k tanh kh and finally afte
101. ts geschickt Die ASP Seite erzeugt aus den Formulardaten dynamisch eine HTML Seite in die das entsprechende Standbild eingebettet ist vgl Kapitel 3 4 3 Als Skriptsprache kommt hier ausnahmsweise JavaScript zum Einsatz Logout Um das Labor betreten zu k nnen muss es entsperrt sein Dies kann auf zwei Arten gesche hen Entweder die Session des aktuellen Benutzers l uft nach 10 Minuten aus d h der Benut zer hat ber einen Zeitraum von 10 Minuten keinerlei Anfragen an den Webserver gestellt oder der aktuelle Benutzer loggt ordnungsgem aus Dies ist durch einen einfachen Klick auf den rotunterlegten Link Logout im oberen Bereich des linken Frames m glich Abb 3 14 zeigt was daraufhin geschieht kleine automatisch eingef gte clientseitige Skripts Kapitel 3 welafi ein web basierter Laborversuch Seite 42 C Logout J _unlock htm Untenstehende Frames werden aufgerufen unsichtbarer Frame drehzahl timeout asp in _unlock htm Direkte Weiterleitung eines CGI Befehls an Labview G Webserver den Motor zu stoppen Frame unlock frame asp in _unlock htm Labor wird entsperrt Abb 3 14 Logout Vorgang Help Nein Frame unlock_frame asp in _unlock htm Erfolgreiche Abmeldung wird best tigt unlock_frame asp Seite wurde l nger als 5 Sekunden angezeigt Ja http 129 13 145 2 Startseite von Welafi wird angezeigt
102. u should be familiar with the formation of stand ing waves you should know what interfacial waves are and you should understand the terms barotropic and baroclinic At the end of the article about interfacial waves the dispersion equation was presented as a fundamental equation for bounded interfacial waves Fig 1 Stratified and bounded two layer system Socolofsky 2001 Anhang F Prelab Handout for welafi F 2 We consider the difference between the two densities in the stratified system to be very small Boussinesq Approximation thus we can replace them by a reference density p which could be e g the mean value giving us a more easy to handle form of the dispersion equation oj 1 1 e 2 k E m sul n 0 36 where is the angular frequency defined as 27 37 T 37 Ais the wavelength e g the distance between two crests and k is the wave number with 27 k gt 38 7 38 A standing wave pattern is possible with the following wavelength A 39 n where is the length of the enclosed system and n an integer number of visible nodes repre senting the certain modes of standing wave patterns In some cases you can use the shallow water approximation with tanh kh kh 5 for kh lt 0 5 40 In the lab you will find out when this shallow water approximation is applicable Exercises 1 Derive 4 equations for the period T of standing waves as functions of n one each for the baroclin
103. um Einbinden von Steuerungs und Messger ten in eine web basierte Bedienungs oberfl che beschrieben Ebenso wird im Grundlagenkapitel aber auch die theoretische Basis zum Verst ndnis der hyd romechanischen Materie vermittelt Von den Grundbegriffen der Wellentheorie ber die Ent stehung von stehenden Wellen werden die Gesetzm igkeiten f r die Ausbreitung von Grenz flichenwellen in geschichteten Fluidsystemen hergeleitet und anhand eines Naturph nomens der Seiche illustriert Die Vorstellung des im Zuge dieser Arbeit entwickelten web basierten Versuchsstands welafi findet sich im mittleren Teil des vorliegenden Textes Zun chst erfolgt eine kurze Einf hrung in den Aufbau des realen Versuchsstands mit der zur Automatisierung dienenden Technik und der zur Bedienung notwendigen Steuerungs und Messsoftware LabView Daraufhin werden alle Webfunktionalit ten erl utert wie z B der prinzipielle Aufbau und die Struktur der ent wickelten Website sowie die f r den Videostream verwendete Technik der Firma Axis Ein besonderer Schwerpunkt liegt dar ber hinaus auf den Active Server Pages einer Webtechno logie zum Entwickeln dynamischer Webinhalte Es wird aufgezeigt welche Vorteile ihr Ein satz f r die Gestaltung interaktiver Web Frontends bringt und wie diese innerhalb von welafi genutzt werden um die statischen Grenzen von reinem HTML Code zu durchbrechen Im letzten Teil werden die Vorgehensweisen f r eine Versuchsdurchf hrung vorges
104. veral boundary and initial conditions Since our governing equations are second order in two spatial coordinates we have four boundary conditions in each layer for a total of eight boundary conditions Four of the boundary conditions two in each layer are the so called behavioral boundary condi Anhang B Bounded interfacial waves B 3 tions the solution must be periodic in space and time This condition is satisfied implicitly by selecting a periodic general solution 77 x t Two boundary conditions are obtained from the bounded domain the vertical velocity must vanish at the upper and lower bounds This condition provides one boundary condition for each layer namely 09 SA sf 8 dz z h l e o 9 Z z h The rigid boundary condition for the upper boundary is often used as an approximation for the free surface boundary condition Such an approximation is called the rigid lid approximation Two kinematic boundary conditions are derived on the interface The vertical fluid velocities on the interface follow the wave If we define the interface disturbance 77 x 1 refer to Figure 1 the interface boundary conditions for small amplitude waves are 96 on 10 Oz 0 ot 0 09 9 11 dz z 0 ot z 0 Using the unsteady Bernoulli equation in the z direction we have 0p 1 P w 28 C t 12 ds t 12 where C 1 along a streamline is a function of time only Anhang B Bounded interf
105. vielen nat rlichen Umgebungen wie Seen Staubecken M ndungsgebieten und Ozeanen dar Nach einer analytischen Betrachtung eines oben und unten begrenzten 2 Schicht System Abb 2 4 wie sie in Anlage B detailliert durchgef hrt wurde erh lt man als fundamentalen Zusammenhang die Dispersionsgleichung f r Grenzfl chenwellen k 1 A e 1 Uk tanh kh w Pi k tanh kh ARA 2 10 Wesentlich an diesem Dispersionsverh ltnis ist dass und k nicht unabh ngig voneinander gew hlt werden k nnen und Gl 2 10 somit ein Eigenwertproblem darstellt Dispersion be deutet in diesem Zusammenhang dass sich Wellen mit unterschiedlichen Eigenschaften im 8 engl isopicnals JIRKA 1999 engl interfacial waves KU ERA 1989 Kapitel 2 Grundlagen Seite 18 selben Medium verschieden schnell bewegen sich also voneinander entfernen F r dispersive Wellen ist das Verh ltnis zwischen und k nichtlinear laterally unbounded Abb 2 4 oben und unten begrenztes geschichtetes 2 Schicht System aus SOCOLOFSKY 2001 Ausgehend von Gleichung 2 10 wird nun die Periode T bestimmt mit welcher das System angeregt werden muss um die nte externe Mode einer stehende Welle zu erzeugen Dazu wird das System Abb 2 4 als ein 1 Schicht System betrachtet d h o 0 und h gt Da durch reduziert sich Gleichung 2 10 auf 2 149 SU aaa 2 ktanh kh a und stellt damit eine wichtige Gleichung f r 1 Schicht Systeme
106. zeigt Das liegt daran dass das Kameranetzteil und die Beleuchtung noch nicht mit Strom versorgt werden Beim Klicken auf den On bzw Off Schalter wird direkt ein CGI Befehl per Link an den G Webserver bermittelt vgl Kapitel 3 3 Kapitel 3 welafi ein web basierter Laborversuch Seite 40 3 Motorspannung Motor voltage Die Geschwindigkeit des Motors und somit auch der Anregung bestimmt der Benutzer durch Eingabe einer ganzzahligen Motorspannung zwischen 30 und 260 dV Abb 3 13 zeigt wie nach Wahl der Spannung mit Hilfe von ASP der f r die Kommunikation mit dem VI Control CGI von LabVIEW notwendige URL generiert und als globale Variable g1var set motor gespeichert wird Im unsichtbaren frame drehzahl asp wird dieser sogleich aufgerufen Die se Vorgehensweise ist zwar kompliziert zeigt aber wie man mit der Programmierung von dynamischen Webseiten die Kommunikation mit anderen Applikationen erleichtern kann A Wahl einer UN Motorspannung select_frame asp Eingabe der Motorspannung durch Benutzer Ubergabe durch Fomular Select drehzahl asp Ma select drehzahl asp Unia Liegt die Motorspannung ein Motorspannung gt 260 Ja inweis zu zwischen 30 und 260 hoch Nein Ja i select drehzahl asp Speichern des f r motor vi n tigen Link als globale Variable glvar set motor Nein Toslow htm Hinweis zu niedrig select_drehzahl asp Motorspannung gt 0 unsichtb

3 welafi - ein web-basierter Laborversuch

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