A research-informed graphical tool to visually approach Gauss' and Stokes' theorems in vector calculus

Gauss' and Stokes' theorems are fundamental results in vector calculus and important tools in physics and engineering. When students are asked to describe the meaning of Gauss' divergence theorem, they often use statements like this: "The sum of all sources of a vector field in a region gives the net flux out of the region". In order to raise this description to a mathematically sound level of understanding, we present an educational approach based on the visual interpretation of the vector differential operators, i.e. divergence and curl. As a starting point, we use simple vector field diagrams for a qualitative approach to connect both sides of the integral theorems, and present an interactive graphical tool to support this connection. The tool allows to visualise two-dimensional vector fields, to specify vector decomposition, to evaluate divergence and curl point wise, and to draw rectangles to determine surface and line integrals. From a meta-perspective, we situate this educational approach into learning with (multiple) representations. Based on prior research, the graphical tool addresses various learning difficulties of vector fields that are connected to divergence and curl. The tool was incorporated into the weekly lecture-based recitations of Physics II (electromagnetism) in 2022 and 2023, and we assessed various educational outcome measures. The students overall reported the tool to be intuitive and user-friendly (level of agreement $76\%$, $N=125$), considered it helpful for understanding and recommended its use for introductory physics courses (level of agreement $65\%$, $N=65$).Comment: 18 pages, 7 figures, 1 table, submitted to European Journal of Physic

Preserved and impaired emotional memory in Alzheimer's disease.

International audiencePatients with early atrophy of both limbic structures involved in memory and emotion processing in Alzheimer's disease (AD) provide a unique clinical population for investigating how emotion is able to modulate retention processes. This review focuses on the emotional enhancement effect (EEE), defined as the improvement of memory for emotional events compared with neutral ones. The assessment of the EEE for different memory systems in AD suggests that the EEE could be preserved under specific retrieval instructions. The first part of this review examines these data in light of compelling evidence that the amygdala can modulate processes of hippocampus-dependent memory. We argue that the EEE could be a useful paradigm to reduce impairment in episodic memory tasks. In the second part, we discuss theoretical consequences of the findings in favor of an EEE, according to which a compensatory mechanism in patients with AD solicits greater amygdala functioning or additional networks, even when amygdala atrophy is present. These considerations emphasize the relevance of investigating patients with AD to understand the relationship between emotion and memory processes

Le TGV-Atlantique : entre récession et concurrence

Le TGV véhicule bien des images. Train des Parisiens ou de la décentralisation ? Vitesse démocratisée ou tarifs élevés ? Train d'affaires ou service public ? Le TGV transporte d'abord des voyageurs. Qui sont-ils ? Que font-ils ? Quelles sont leurs spécificités par rapport aux voyageurs utilisant un autre moyen de transports ? Sont-ils différents de ceux qui voyageaient avant sa mise en service ? En d'autres termes, quelles transformations de la mobilité tant professionnelle que personnelle peuvent-elles être reliées à la mise en service du TGV ?Pour répondre à ces questions, une enquête coordonnée sur les trois modes de transport (autoroute, avion, train) a été réalisée à l'initiative de l'Observatoire Economique et Statistique des Transports par le Laboratoire d'Economie des Transport en 1989 et en 1993 autour du TGV-Atlantique. Cette enquête, intervenue juste avant et quatre ans après la mise en service du TGV-Atlantique, a permis de recueillir 18.000 questionnaires portant sur l'ensemble des parcours Province-Paris concernés par la nouvelle offre. Cette synthèse des résultats permet de mieux comprendre comment les déplacement professionnels, les déplacements domicile-travail, les déplacements personnels ainsi que les relations entre l'Ile-de-France et les principales agglomérations de la façade atlantique de la France se sont modifiées à la faveur de la mise en service du TGV-A.TGV-Atlantique ; transport ferroviaire ; transport à grande vitesse ; choix du mode de transport ; déplacement domicile-travail; mobilité professionnelle ; déplacement personnel ; enquête ; étude avant-après

Ecoute microsismique appliquée aux versants instables, exemple des ruines de Séchilienne (Isère, 38)

International audienceField observations and movements measured since 1985 by the Lyon CETE (Public works regional engineering office) monitoring system at the Ruines de Séchilienne show that the slope deformation and fault mechanisms are complex. To provide a deeper understanding of these mechanisms, INERIS has been investigating the site through the instrumentation of deep drillholes since 2009. An experimental multi-parameter monitoring system was installed on the western edge of the large active zone. It uses an integrated technology platform which combines microseismic, geotechnical, hydrogeological, meteorological and 3D displacements. The article outlines the objectives and the methodology applied by INERIS to meet the requirements of early warning multi-parameter systems applied to unstable rock slopes. The studied site and the main characteristics of the system are presented. Items dealing with the system calibration and characterization data are described and preliminary data are givenLes observations et les mouvements mesurés, depuis 1985, par le système de surveillance du CETE de Lyon sur le mouvement des Ruines de Séchilienne, montrent que les mécanismes de déformation et rupture du versant sont complexes. Pour progresser dans la compréhension de ces mécanismes, l'INERIS contribue depuis 2009 aux investigations menées sur le site par forages profonds. Un système d'observation multi-paramètres a ainsi été installé en bordure Ouest de la zone active. Il fait appel à une plateforme technologique intégrée qui combine des mesures microsismiques, géotechniques, hydrologiques, météorologiques et des mesures de déplacement tridimensionnel. L'article décrit les objectifs de la démarche et la méthodologie mise en oeuvre par l'INERIS pour répondre aux exigences des systèmes d'alerte précoce multi-paramètres, appliqués aux mouvements de versants instables. Le site d'étude et les principales caractéristiques du dispositif sont présentés. Des considérations sur le calibrage du système et la qualification des données sont décrites et les premières données sont présentées

10 um wavefront spatial filtering: first results with chalcogenide fibers

Wavefront cleaning by single-mode fibers has proved to be efficient in optical-infrared interferometry to improve calibration quality. For instance, the FLUOR instrument has demonstrated the capability of fluoride glass single-mode fibers in this respect in the K and L bands. New interferometric instruments developped for the mid-infrared require the same capability for the 8-12 um range. We have initiated a program to develop single-mode fibers in the prospect of the VLTI mid-infrared instrument MIDI and of the ESA/DARWIN and NASA/TPF missions that require excellent wavefront quality. In order to characterize the performances of chalcogenide fibers we are developping, we have set up an experiment to measure the far-field pattern radiated at 10 um. In this paper, we report the first and promising results obtained with this new component.Comment: Conference "Interferometry for Optical Astronomy II", SPIE 200

Optimizing transmission protocols for enhancement of quality of service in telemedical realtime applications

In der Dissertation mit dem Titel „Optimierung von Übertragungsprotokollen zur Verbesserung der Dienstgüte in telemedizinischen Echtzeitanwendungen“ geht es um die Entwicklung einer Protokollmodifikation für Multipath-TCP zur besseren Unterstützung von telemedizinischen Echtzeitanwendungen über das Internet in einem Szenario zwischen global verteilten Standorten. Das Ziel von redundantem Multipath-TCP (rMPTCP) ist es, mehrere Verbindungen gleichzeitig zu nutzen, um mithilfe von Redundanz Verzögerungsspitzen und Datenverluste auszugleichen und somit die Dienstgüte der Übertragung zu verbessern. Hierbei passt sich das Protokoll den aktuellen Gegebenheiten der Datenverbindung adaptiv an, indem es Redundanz, Leitungsqualität, benötigte Datenübertragungsrate sowie den durch das Netzwerk angebotenen Datendurchsatz in Relation setzt. Anwendungen in der Telemedizin unterscheiden sich in ihren kommunikativen und interaktiven Ausprägungen und damit in ihren Dienstgüteanforderungen. Zu diesem Zweck werden grundlegende Anwendungen in der Telemedizin sowie Spezifizierungen der Dienstgüteanforderungen der anfallenden Datenströme behandelt und klassifiziert. Dies geschieht in Hinblick auf ein zwischen der Universität Duisburg-Essen (UDE) und der Universiti Kebangsaan Malaysia (UKM) laufendes Forschungsszenario. Darauf folgt eine Darlegung von Dienstgüte-Mechanismen im Internet. Darin werden die elementaren Funktionsweisen sowie Möglichkeiten diese zu verbessern beschrieben. Die Übertragungsstrecke zwischen den beiden Universitäten wird entsprechend des Basisszenarios in Hinblick auf verschiedene Dienstgüteparameter mit entsprechenden Messwerkzeugen soweit ausgewertet, dass Gegebenheiten und Probleme identifiziert werden können. Eine Evaluierung der verschiedenen verfügbaren Verbindungen zwischen UDE und UKM dient der Ermittlung einer kombinierten Nutzungsweise und den Möglichkeiten bei einer Mehrfachverbindung. Die Modellierung und Entwicklung der Protokollmodifikation wird unter den vorher hergeleiteten Anforderungen durchgeführt. Es werden die grundsätzlichen mathematischen Zusammenhänge diskutiert und eine Einführung in die Funktionalitäten des Protokolls gegeben. Die Eigenschaften und Funktionen des neuen Protokolls werden modelliert und zusätzliche Hilfsmittel, die für die Anwendung innerhalb des Szenarios benötigt werden entwickelt. Die Funktionalitäten werden in praktischen Versuchen ausgewertet und eine abschließende Beurteilung diskutiert. Das Ergebnis dieser Dissertation ist die Entwicklung einer internetkompatiblen redundanten Protokollerweiterung für Multipath-TCP, die in der Lage ist, sich mithilfe verschiedener Algorithmen auf Situationen im Netzwerk anzupassen und verschiedene Maßnahmen bei Störungen zu ergreifen. Die Protokollerweiterung ist in der Lage, eine Dienstgüteverbesserung in Hinblick auf Verzögerungen sowie Verzögerungsvarianzen für Anwendungen mit „Nahe-Echtzeit“-Anforderungen zu erreichen.In the dissertation entitled "Optimization of Transmission Protocols to Improve Quality of Service in Telemedicine Real-Time Applications", the aim is to develop a protocol modification for Multipath-TCP to improve the support for telemedical real-time applications over the Internet in a scenario between globally distributed locations. The goal of redundant Multipath TCP (rMPTCP) is to use multiple connections at the same time to compensate for delay and data losses by means of redundancy and thus to improve the quality of service of the transmission. The protocol adapts to the current circumstances of the data connection by correlating redundancy, connection quality, required data transmission rate as well as the data throughput offered by the network. Applications in telemedicine differ in their communicative and interactive manifestations and thus in their quality of service requirements. For this purpose, basic applications in telemedicine as well as specifications of the quality requirements of the resulting data streams are treated and classified. This is done with regard to a research scenario running between the University of Duisburg-Essen (UDE) and the Universiti Kebangsaan Malaysia (UKM). It is followed by a presentation of quality of service mechanisms on the Internet. The basic functions as well as ways to improve them are described. The transmission distance between the two universities is evaluated according to the basic scenario with regard to different quality of service parameters with appropriate measuring tools in a way that conditions and problems can be identified. An evaluation of the various available connections between UDE and UKM is used to determine a combined usage and the possibilities for a multiple connection. The modeling and development of the protocol modification is performed under the previously-derived requirements. The basic mathematical connections are discussed and an introduction to the functionalities of the protocol is given. The properties and functions of the new protocol are modeled and additional tools developed for utilization within the scenario are designed. The functionalities are evaluated in practical tests and a final assessment is discussed. The result of this dissertation is the development of an Internet-compatible redundant protocol extension for multipath TCP, which is able to adapt to situations in the network by means of different algorithms and to take various measures in case of disturbances. The protocol extension is capable of achieving an improvement in service quality with regard to delays as well as delay variances for applications with "near real-time" requirements