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Durch die Beobachtung von Vorschulkindern identifizierten Forscher zwei neue Phasen der thermodynamischen kollektiven Bewegung. Die freien und unabhängigen Bewegungen der Kinder wären vergleichbar mit einer Gasphase, während Treffen in kleinen dynamischen Gruppen einen Zustand der Koexistenz von Gas- und Flüssigphase hervorrufen würden. Diese Beobachtungen könnten Auswirkungen sowohl auf die Verhaltenswissenschaften als auch auf die Biologie und Epidemiologie haben.
In den letzten Jahren haben Physiker gezeigt, dass Tierbewegungen thermodynamische Phasen aufweisen. Beim Menschen wurden diese Bewegungen hauptsächlich in Menschenmengen in verschiedenen Maßstäben untersucht. Normalerweise werden Freiwillige gebeten, bestimmte Aufgaben auszuführen, während die Parameter ihrer Bewegungen im Labor aufgezeichnet werden. Experimente haben beispielsweise gezeigt, dass dynamische Massenströme ein flüssiges Verhalten aufweisen, wobei die Geschwindigkeiten dem Maxwell-Boltzmann-Verteilungsgesetz (der Geschwindigkeitsverteilung eines Gases oder einer Flüssigkeit bei einer bestimmten Temperatur) entsprechen.
Jüngste Studien deuten darauf hin, dass menschliche Menschenmengen ein differenzierteres Verhalten zeigen. Zusammenkünfte wie etwa Meetings und Konferenzen zeichnen sich durch eine eingeschränkte Bewegungsfreiheit aus. Soziale Interaktionen können daher körperliche Parameter beeinflussen. Aus physikalischer Sicht können diese Szenarien (dynamische und nicht dynamische Versammlungen) unterschiedlichen Phasen mit unterschiedlichen Eigenschaften entsprechen.
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Forscher der University of Miami haben untersucht, wie soziale Interaktionen die Phasen kollektiver Bewegungen beeinflussen können. Sie stellten die Hypothese auf, dass diese Wechselwirkungen zu einem Phasenübergang zwischen Flüssigkeit und Dampf führen könnten. Diese Hypothese wurde bereits an Tieren und Roboterschwärmen untersucht.
Allerdings wurden die Phasen menschlicher kollektiver Bewegungen bisher nur an Kohorten untersucht, die sich im Durchschnitt mit relativ hohen Geschwindigkeiten (größer als 1 m/s) bewegen. „ Die Möglichkeit, dass möglicherweise eine andere Phase in Regimen mit niedriger Geschwindigkeit entstehen könnte, die durch starke soziale Interaktionen beeinflusst werden könnten, wurde noch nicht untersucht. », erklären sie in ihrem im Magazin veröffentlichten Dokument Körperliche Überprüfung E.
Identifizierung von zwei Arten von Bewegungsphasen
Die Forscher wählten Gruppen von Vorschulkindern (im Alter von 2 bis 4 Jahren) aus, um sie in vier verschiedenen Klassenzimmern und Spielbereichen zu beobachten. In diesem Alter können wir Bewegungen untersuchen, deren Geschwindigkeit einen Meter pro Sekunde nicht überschreitet. Ein Ultrabreitband-Radiofrequenzidentifikationsgerät (UWB-RFID) wurde verwendet, um hochauflösende raumzeitliche Daten der Bewegungen von Kindern zu sammeln. „
Durch den Einsatz der UWB-RFID-Technologie können Sie die Bewegungen von Kindern präzise verfolgen », geben die Experten in einer Stellungnahme an.
Es wurden zwei verschiedene Arten von Bewegungsphasen identifiziert. Die erste Phase, die sogenannte Gasphase, tritt auf, wenn sich die Babys frei und unabhängig voneinander verteilen. Die zweite, sogenannte Flüssigkeit-Dampf-Koexistenzphase, tritt auf, wenn sich Kinder in kleinen Gruppen versammeln, vergleichbar mit Flüssigkeitstropfen, und einige als Dampf in diese Gruppen eintreten oder sie verlassen. Diese Übergangsphase bestätigt die Hypothese eines Flüssigkeits-Dampf-Phasenübergangs aufgrund sozialer Interaktion und ist mit einer geringeren Bewegungsgeschwindigkeit und einer größeren Kinderdichte verbunden.
Siehe auch
Flugbahnen und Geschwindigkeits-Dichte-Diagramm. (UND)
300-Sekunden-Darstellung der Laufbahnen von neun Personen aus Free-Play-Klassen (LC) mit niedriger Rate. Die Farben und Pfeile kennzeichnen bestimmte Personen bzw. deren Ausrichtung. (B) Die farbige Streuung repräsentiert jeweils LC1 (roter Kreis), LC2 (gelbes Quadrat), Klassenzimmer mit einem hohen Maß an freiem Spiel oder HC (blaue Raute) und Klassenzimmer mit einem sehr hohen Maß an Spiel, PG (cyanfarbenes Sechseck). Die grauen Dreiecke stellen Daten dar, die in der vorhandenen Literatur gemessen wurden. Hellgraue Dreiecke kennzeichnen Daten aus Studien, die einzelne Teilnehmer in nicht erfasster Dichte umfassen. © Yi Zhang et al.
Aus diesen empirischen Daten entwickelte das Team dann ein statistisches physikalisches Modell, das die beiden identifizierten Phasen reproduziert. Das Modell wurde verwendet, um ein Standardphasendiagramm für kollektive menschliche Bewegungen bei Durchschnittsgeschwindigkeiten von weniger als 1 m/s zu erstellen. Dieses Diagramm könnte möglicherweise zu wertvollen Informationen führen, beispielsweise zur Verbesserung des Crowd-Managements und von Aufklärungsstrategien sowie zu einem besseren Verständnis epidemiologischer Daten.
Darüber hinaus „kann die vorgeschlagene UWB-RFID-Technologie auch zur Untersuchung der Dynamik aktiver Materiesysteme verwendet werden, einschließlich des Verhaltens von Tieren, der Koordination von Roboterschwärmen und der Überwachung menschlicher Interaktionen innerhalb komplexer Systeme, was der zukünftigen Forschung auf diesem Gebiet Vorteile bringen könnte.“ Sozialphysik“. schlussfolgern die Forscher.
