Magíster en Ciencias, Mención Física / La fricción interna corresponde a la capacidad de los materiales de disipar la energía de ondas de sonido. Esta capacidad depende del tipo de material así como del tipo y cantidad de defectos que contenga. Durante muchos años se ha utilizado la espectroscopía mecánica para obtener información del material a través de distintos experimentos, midiendo por ejemplo la fricción interna de un material específico. A pesar de la capacidad para medir fricción interna, hasta ahora es difícil conocer con precisión cuales son los mecanismos microscópicos que dan origen a la disipación de energía al interior del material. De particular interés es un pico en la curva de disipación interna versus temperatura llamado pico de Bordoni. La evidencia sugiere que la generación de este pico se debe a propiedades de las dislocaciones. Modelos teóricos que usan mecánica del continuo permiten una descripción cualitativa, pero no cuantitativa, del efecto. Hasta ahora se ha estudiado el pico de Bordoni desde el punto de vista experimental y desde la mecánica del contínuo. En este trabajo se propone estudiar este efecto desde las simulaciones atomísticas a través de dinámica molecular. Para ello se generó una muestra de cobre de 892800 átomos con dos dislocaciones ancladas y se generaron ondas de corte en el material. Se midió la tensión generada en la muestra y se encontraron las curvas de tensión-deformación. Luego se estudió la disipación de energía generada por la interacción de las ondas con las dislocaciones a través de una posible histéresis en las curvas de tensión-deformación. Estas simulaciones se realizaron a las temperaturas de 0, 50, 100, 150, 200 y 250 K, con períodos de 125 ps y 38 ps y un máximo de deformación de 0.0008 y 0.008. Para estimar el orden de magnitud esperado para la respuesta del sistema se usó un modelo de cuerda sobreamortiguada, lo que también permitió estimar el período de forzamiento para el cual las pérdidas deberían ser máximas. Todo esto llevó a una estimación del cuociente entre energía disipada por ciclo y energía acumulada máxima del orden de 10^{-4} lo cual se ajusta a los resultados experimentales. Para estimar el valor de los parámetros que aparecen en el modelo analítico se realizaron simulaciones con las dislocaciones desancladas. Dentro de la precisión numérica utilizada, no se encontró histéresis. Se deduce que la barrera de Peierls es muy pequeña para permitir detección de la histéresis. Se establece una cota para la precisión en las mediciones para cuantificar la fricción interna en el futuro. Posibles direcciones de trabajo futuro incluyen la disminución de las fluctuaciones en las mediciones de la tensión, lo que se podría lograr con un mayor número de ciclos generados en las ondas de corte y promediando sobre muchas realizaciones. Otra opción es realizar las simulaciones en otros materiales, con mayores coeficientes de fricción, para aumentar la energía disipada.

Приводится описание и результат тестирования исходного уровня креативности студентов, что позволяет разработать стратегию дальнейшего развития их творческой активности / The document describes a test of the initial level of creativity of first year students and provides its results. It allows to work out a strategy for further development of their creative activity.

Syfte: Att beskriva vårdpersonalens upplevelser av genomförd lyftkörkortsutbildning och deras upplevelse i användningen av mekaniska lyftar i dagliga arbetet. Metod: Studien är kvalitativ och bygger på intervjuer med arton personer, som är yrkesverksamma inom hemvården eller på vårdboende och genomfört lyftkörkortsutbildningen i Örebro kommun. Dessa personer intervjuades angående sina upplevelser. Resultat: Det som upplevdes positivt i lyftkörkortsutbildningen var att få prova patientens roll i en lyftsituation. Flera i vårdpersonalen upplevde även att utbildningen var innehållsmässigt tillräcklig för att klara deras vardagliga arbete. Det som anses kunna utveckla lyftkörkortsutbildningen enligt vårdpersonalen är att lära sig om patientbemötande i en lyftsituation. Även möjlighet för ordinarie personal att genomföra utbildningen igen upplevdes som viktigt. Det som upplevdes försvåra lyftsituationen var miljön och patienter som fallit. Slutsats: Upplevelsen bland vårdpersonalen angående lyftkörkortsutbildningen, var att den ansågs värdefull och viktig för deras yrke. Alla borde få möjlighet att utbilda sig i hanteringen av mekaniska lyftar. Ett samarbete mellan vårdpersonalen och arbetsterapeuten på arbetsplatsen upplevs viktigt, men upplevs inte kunna ersätta lyftkörkortsutbildningen.

Im Rahmen der Biomechanik werden der Einfluss mechanischer Bedingungen auf die Heilung biologische Gewebe, wie zum Beispiel Knochen und Knorpeln untersucht. Die vorliegende Arbeit bestimmte zum Einen am Beispiel des Humerus das mechanische Verhalten von intakten und frakturierten Knochen mit verschiedener Knochenqualität (Osteoporose versus gesunden Knochen) unter verschiedenen physiologischen Belastungen. Dazu wurde ein Finite Elemente Modell des entsprechenden Knochens erstellt. Die Knochenqualität erwies sich für die Heilung als wichtigerer Parameter, als die jeweilige physiologische Belastung. Künftige Therapien der Osteoporose sollten daher die jeweils individuelle Dichteverteilung des entsprechenden Knochens explizit berücksichtigen. Zum zweiten wurde ein biphasisches, linear-elastisches Gewebedifferenzierungsmodell entwickelt, mit dem durch iterative Berechnung der Elastizität die Heilung eines osteochondralen Defektes verfolgt werden konnte. Damit konnten die Steifigkeiten und die Orte im und um den ursprünglichen Defekt, an denen sich während der osteochondralen Heilung die verschiedenen Gewebearten neu bilden, quantitativ und qualitativ (Vergleich mit Tierexperimentation) ermittelt werden. Der Erfolg dieses Modells erlaubte die Antwort auf verschiedene Fragestellungen: Einfluß der Defekt- und Gelenkgeometrie auf die Häufigkeit des Auftretens osteochondraler Defekte und ihre Heilungschancen, sowie die Wahl der Steifigkeit eines optimalen Biomaterials zur Defektausfüllung. Osteochondrale Defekte scheinen in konkaver Geometrie etwas besser zu heilen, weil dort mehr hyaliner Knorpel gebildet wird. Grafts mit derselben Steifigkeit des ursprünglichen Knochens bilden kalzifizierenden Knorpel um mehr hyaliner Knorpel am Ende des Heilungsprozesses und sind daher weicheren Biomaterialien vorzuziehen. / In biomecanics the influence of mechanical conditions on healing of biological tissues as bones or soft tissues are analysed. In the frame of this work the mechanical behavior of intact and fractured bones with different bone qualities (osteoporotic versus normal) has been examined in a proximal humerus. Therefore a finite element model of the bone was constructed. It was found that the bone quality has a stronger impact on healing than the actual physiological loading condition does. Hence, for a future therapy of osteoporosis the precise density distribution of each individual bone must be considered. In a second step a biphasic, linear-elastic model for tissue differentiation was developed, where osteochondral healing was simulated by iterative calculation of the elastic modulus of Young within the joint region. By using this model it was possible to predict in which order in all regions of the joint the osteochondral healing took place. The stiffnesses of the newly differentiated tissues agreed well to the derived quantities of animal experimentation. Hence, this tissue differentiation model could be used to analyse some questions concerning the geometry and healing success of osteochondral defects. In concave geometry more hyaline cartilage was formed, which has better mechanical properties than fibrous one. Moreover, the stiffness of an optimal biomaterial could be determined: grafts with the same stiffness as the original bone will lead to the formation of calcified bone and more hyaline cartilage, which is favourable compared to a less stiffer biomaterial.

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Diss., Technische Wissenschaften, Eidgenössische Technische Hochschule ETH Zürich, Nr. 17070, 2007.

Diss., Technische Wissenschaften, Eidgenössische Technische Hochschule ETH Zürich, Nr. 17060, 2007.

Fractals have long been recognized to be a characteristic feature arising from chaotic dynamics; be it in the form of strange attractors, of fractal boundaries around basins of attraction, or of fractal and multifractal distributions of asymptotic measures in open systems. In this thesis we study fractal and multifractal measure distributions in leaky Hamiltonian systems. Leaky systems are created by introducing a fully or partially transparent hole in an otherwise closed system, allowing trajectories to escape or lose some of their intensity. This dynamics results in intricate (multi)fractal distributions of the surviving trajectories. These systems are suitable models for experimental setups such as optical microcavities or microwave resonators. In this thesis we perform an improved investigation of the fractality in these systems using the concept of effective dimensions. They are defined as the dimensions far from the usually considered asymptotics of infinite evolution time $t$, infinite sample size $S$, and infinite resolution (infinitesimal box-size $varepsilon$). Yet, as we show, effective dimensions can be considered as intrinsic to the dynamics of the system. We present a detailed discussion of the behaviour of the numerically observed dimension $D_mathrm{obs}(S,t,varepsilon)$. We show that the three parameters can be expressed in terms of limiting length scales that define the parameter ranges in which $D_mathrm{obs}(S,t,varepsilon)$ is an effective dimension of the system. We provide dynamical and statistical arguments for the dependence of these scales on $S$, $t$, and $varepsilon$ in strongly chaotic systems and show that the knowledge of the scales allows us to define meaningful effective dimensions. We apply our results to three main fields. In the context of numerical algorithms to calculate dimensions, we show that our findings help to numerically find the range of box sizes leading to accurate results. We further show that they allow us to minimize the computational cost by providing estimates of the required sample-size and iteration time needed. A second application field of our results is systems exhibiting non-trivial dependencies of the effective dimension $D_mathrm{eff}$ on $t$ and $varepsilon$. We numerically explore this in weakly chaotic leaky systems. There, our findings provide insight into the dynamics of the systems, since deviations from our predictions based on strongly chaotic systems at a given parameter range are a sign that the stickiness inherent to such systems needs to be taken into account in that range. Lastly, we show that in quantum analogues of chaotic maps with a partial leak, a related effective dimension can be used to explain the numerically observed deviation from the predictions provided by the fractal Weyl law for systems with fully absorbing leaks. Here, we provide an analytical description of the expected scaling based on the classical dynamics of the system and compare it with numerical results obtained in the studied quantum maps. / Es ist seit langem bekannt, dass Fraktale eine charakteristische Begleiterscheinung chaotischer Dynamik sind. Sie treten in Form von seltsamen Attraktoren, von fraktalen Begrenzungen der Einzugsbereiche von Attraktoren oder von fraktalen und multifraktalen Verteilungen asymptotischer Maße in offenen Systemen auf. In dieser Arbeit betrachten wir fraktal und multifraktal verteilte Maße in geöffneten hamiltonschen Systemen. Geöffnete Systeme werden dadurch erzeugt, dass man ein völlig oder teilweise transparentes Loch im Phasenraum definiert, durch das Trajektorien entkommen können oder in dem sie einen Teil ihrer Intensität verlieren. Die Dynamik in solchen Systemen erzeugt komplexe (multi)fraktale Verteilungen der verbleibenden Trajektorien, beziehungsweise ihrer Intensitäten. Diese Systeme sind zur Modellierung experimenteller Aufbauten, wie zum Beispiel optischer Mikrokavitäten oder Mikrowellenresonatoren, geeignet. In dieser Arbeit führen wir eine verbesserte Untersuchung der Fraktalität in derartigen Systemen durch, die auf dem Konzept der effektiven Dimensionen beruht. Diese sind als die Dimensionen definiert, die weit weg von den üblicherweise betrachteten Limites unendlicher Iterationszeit $t$, unendlicher Stichprobengröße $S$ und unendlicher Auflösung, also infinitesimaler Boxgröße $varepsilon$ auftreten. Dennoch können effektive Dimensionen, wie wir zeigen, als der Dynamik des Systems inhärent angesehen werden. Wir führen eine detaillierte Diskussion der numerisch beobachteten Dimension $D_mathrm{obs}(S,t,varepsilon)$ durch und zeigen, dass die drei Parameter $S$, $t$ und $varepsilon$ in Form grenzwertiger Längenskalen ausgedrückt werden können, die die Parameterbereiche definieren, in denen $D_mathrm{obs}(S,t,varepsilon)$ den Wert einer effektiven Dimension des Systems annimmt. Wir beschreiben das Verhalten dieser Längenskalen in stark chaotischen Systemen als Funktionen von $S$, $t$ und $varepsilon$ anhand statistischer Überlegungen und anhand von auf der Dynamik basierenden Aussagen. Weiterhin zeigen wir, dass das Wissen um diese Längenskalen die Definition aussagekräftiger effektiver Dimensionen ermöglicht. Wir wenden unsere Ergebnisse hauptsächlich in drei Bereichen an: Im Kontext numerischer Algorithmen zur Dimensionsberechnung zeigen wir, dass unsere Ergebnisse es erlauben, diejenigen $varepsilon$-Bereiche zu finden, die zu korrekten Ergebnissen führen. Weiterhin zeigen wir, dass sie es uns erlauben, den Rechenaufwand zu minimieren, indem sie uns eine Abschätzung der benötigten Stichprobengröße und Iterationszeit ermöglichen. Ein zweiter Anwendungsbereich sind Systeme, die sich durch eine nichttriviale Abhängigkeit von $D_mathrm{eff}$ von $t$ und $varepsilon$ auszeichnen. Hier ermöglichen unsere Ergebnisse ein besseres Verständnis der Systeme, da Abweichungen von den Vorhersagen basierend auf der Annahme von starker Chaotizität ein Anzeichen dafür sind, dass im entsprechenden Parameterbereich die Eigenschaft dieser Systeme, dass Bereiche in ihrem Phasenraum Trajektorien für eine begrenzte Zeit einfangen können, relevant ist. Zuletzt zeigen wir, dass in quantenmechanischen Analoga chaotischer Abbildungen mit partiellen Öffnungen eine verwandte effektive Dimension genutzt werden kann, um die numerisch beobachteten Abweichungen vom fraktalen weyl'schen Gesetz für völlig transparente Öffnungen zu erklären. In diesem Zusammenhang zeigen wir eine analytische Beschreibung des erwarteten Skalierungsverhaltens auf, die auf der klassischen Dynamik des Systems basiert, und vergleichen sie mit numerischen Erkenntnissen, die wir über die Quantenabbildungen gewonnen haben.

Fractals have long been recognized to be a characteristic feature arising from chaotic dynamics; be it in the form of strange attractors, of fractal boundaries around basins of attraction, or of fractal and multifractal distributions of asymptotic measures in open systems. In this thesis we study fractal and multifractal measure distributions in leaky Hamiltonian systems. Leaky systems are created by introducing a fully or partially transparent hole in an otherwise closed system, allowing trajectories to escape or lose some of their intensity. This dynamics results in intricate (multi)fractal distributions of the surviving trajectories. These systems are suitable models for experimental setups such as optical microcavities or microwave resonators. In this thesis we perform an improved investigation of the fractality in these systems using the concept of effective dimensions. They are defined as the dimensions far from the usually considered asymptotics of infinite evolution time $t$, infinite sample size $S$, and infinite resolution (infinitesimal box-size $varepsilon$). Yet, as we show, effective dimensions can be considered as intrinsic to the dynamics of the system. We present a detailed discussion of the behaviour of the numerically observed dimension $D_mathrm{obs}(S,t,varepsilon)$. We show that the three parameters can be expressed in terms of limiting length scales that define the parameter ranges in which $D_mathrm{obs}(S,t,varepsilon)$ is an effective dimension of the system. We provide dynamical and statistical arguments for the dependence of these scales on $S$, $t$, and $varepsilon$ in strongly chaotic systems and show that the knowledge of the scales allows us to define meaningful effective dimensions. We apply our results to three main fields. In the context of numerical algorithms to calculate dimensions, we show that our findings help to numerically find the range of box sizes leading to accurate results. We further show that they allow us to minimize the computational cost by providing estimates of the required sample-size and iteration time needed. A second application field of our results is systems exhibiting non-trivial dependencies of the effective dimension $D_mathrm{eff}$ on $t$ and $varepsilon$. We numerically explore this in weakly chaotic leaky systems. There, our findings provide insight into the dynamics of the systems, since deviations from our predictions based on strongly chaotic systems at a given parameter range are a sign that the stickiness inherent to such systems needs to be taken into account in that range. Lastly, we show that in quantum analogues of chaotic maps with a partial leak, a related effective dimension can be used to explain the numerically observed deviation from the predictions provided by the fractal Weyl law for systems with fully absorbing leaks. Here, we provide an analytical description of the expected scaling based on the classical dynamics of the system and compare it with numerical results obtained in the studied quantum maps. / Es ist seit langem bekannt, dass Fraktale eine charakteristische Begleiterscheinung chaotischer Dynamik sind. Sie treten in Form von seltsamen Attraktoren, von fraktalen Begrenzungen der Einzugsbereiche von Attraktoren oder von fraktalen und multifraktalen Verteilungen asymptotischer Maße in offenen Systemen auf. In dieser Arbeit betrachten wir fraktal und multifraktal verteilte Maße in geöffneten hamiltonschen Systemen. Geöffnete Systeme werden dadurch erzeugt, dass man ein völlig oder teilweise transparentes Loch im Phasenraum definiert, durch das Trajektorien entkommen können oder in dem sie einen Teil ihrer Intensität verlieren. Die Dynamik in solchen Systemen erzeugt komplexe (multi)fraktale Verteilungen der verbleibenden Trajektorien, beziehungsweise ihrer Intensitäten. Diese Systeme sind zur Modellierung experimenteller Aufbauten, wie zum Beispiel optischer Mikrokavitäten oder Mikrowellenresonatoren, geeignet. In dieser Arbeit führen wir eine verbesserte Untersuchung der Fraktalität in derartigen Systemen durch, die auf dem Konzept der effektiven Dimensionen beruht. Diese sind als die Dimensionen definiert, die weit weg von den üblicherweise betrachteten Limites unendlicher Iterationszeit $t$, unendlicher Stichprobengröße $S$ und unendlicher Auflösung, also infinitesimaler Boxgröße $varepsilon$ auftreten. Dennoch können effektive Dimensionen, wie wir zeigen, als der Dynamik des Systems inhärent angesehen werden. Wir führen eine detaillierte Diskussion der numerisch beobachteten Dimension $D_mathrm{obs}(S,t,varepsilon)$ durch und zeigen, dass die drei Parameter $S$, $t$ und $varepsilon$ in Form grenzwertiger Längenskalen ausgedrückt werden können, die die Parameterbereiche definieren, in denen $D_mathrm{obs}(S,t,varepsilon)$ den Wert einer effektiven Dimension des Systems annimmt. Wir beschreiben das Verhalten dieser Längenskalen in stark chaotischen Systemen als Funktionen von $S$, $t$ und $varepsilon$ anhand statistischer Überlegungen und anhand von auf der Dynamik basierenden Aussagen. Weiterhin zeigen wir, dass das Wissen um diese Längenskalen die Definition aussagekräftiger effektiver Dimensionen ermöglicht. Wir wenden unsere Ergebnisse hauptsächlich in drei Bereichen an: Im Kontext numerischer Algorithmen zur Dimensionsberechnung zeigen wir, dass unsere Ergebnisse es erlauben, diejenigen $varepsilon$-Bereiche zu finden, die zu korrekten Ergebnissen führen. Weiterhin zeigen wir, dass sie es uns erlauben, den Rechenaufwand zu minimieren, indem sie uns eine Abschätzung der benötigten Stichprobengröße und Iterationszeit ermöglichen. Ein zweiter Anwendungsbereich sind Systeme, die sich durch eine nichttriviale Abhängigkeit von $D_mathrm{eff}$ von $t$ und $varepsilon$ auszeichnen. Hier ermöglichen unsere Ergebnisse ein besseres Verständnis der Systeme, da Abweichungen von den Vorhersagen basierend auf der Annahme von starker Chaotizität ein Anzeichen dafür sind, dass im entsprechenden Parameterbereich die Eigenschaft dieser Systeme, dass Bereiche in ihrem Phasenraum Trajektorien für eine begrenzte Zeit einfangen können, relevant ist. Zuletzt zeigen wir, dass in quantenmechanischen Analoga chaotischer Abbildungen mit partiellen Öffnungen eine verwandte effektive Dimension genutzt werden kann, um die numerisch beobachteten Abweichungen vom fraktalen weyl'schen Gesetz für völlig transparente Öffnungen zu erklären. In diesem Zusammenhang zeigen wir eine analytische Beschreibung des erwarteten Skalierungsverhaltens auf, die auf der klassischen Dynamik des Systems basiert, und vergleichen sie mit numerischen Erkenntnissen, die wir über die Quantenabbildungen gewonnen haben.