Física estatística aplicada a sistemas sociais através do estudo de redes complexas

In this work a study of social networks based on analysis of family names is presented. A basic approach to the mathematical formalism of graphs is developed and then main theoretical models for complex networks are presented aiming to support the analysis of surnames networks models. These, in turn, are worked so as to be drawn leading quantities, such as aggregation coefficient, minimum average path length and connectivity distribution. Based on these quantities, it can be stated that surnames networks are an example of complex network, showing important features such as preferential attachment and small-world character

Aplicações da teoria da percolação à modelagem e simulação de reservatórios de petróleo

In this thesis we study some problems related to petroleum reservoirs using methods and concepts of Statistical Physics. The thesis could be divided percolation problem in random multifractal support motivated by its potential application in modelling oil reservoirs. We develped an heterogeneous and anisotropic grid that followin two parts. The first one introduce a study of the percolations a random multifractal distribution of its sites. After, we determine the percolation threshold for this grid, the fractal dimension of the percolating cluster and the critical exponents ß and v. In the second part, we propose an alternative systematic of modelling and simulating oil reservoirs. We introduce a statistical model based in a stochastic formulation do Darcy Law. In this model, the distribution of permeabilities is localy equivalent to the basic model of bond percolation

Não-extensividade em percolação por ligações de longo - alcance

A linear chain do not present phase transition at any finite temperature in a one dimensional system considering only first neighbors interaction. An example is the Ising ferromagnet in which his critical temperature lies at zero degree. Analogously, in percolation like disordered geometrical systems, the critical point is given by the critical probability equals to one. However, this situation can be drastically changed if we consider long-range bonds, replacing the probability distribution by a function like . In this kind of distribution the limit α → ∞ corresponds to the usual first neighbor bond case. In the other hand α = 0 corresponds to the well know "molecular field" situation. In this thesis we studied the behavior of Pc as a function of a to the bond percolation specially in d = 1. Our goal was to check a conjecture proposed by Tsallis in the context of his Generalized Statistics (a generalization to the Boltzmann-Gibbs statistics). By this conjecture, the scaling laws that depend with the size of the system N, vary in fact with the quantitie

Os Polímeros como Sistemas Complexos

Neste trabalho, através de simulações computacionais, identificamos os fenômenos físicos associados ao crescimento e a dinâmica de polímeros como sistemas complexos exibindo comportamentos não linearidades, caos, criticalidade auto-organizada, entre outros. No primeiro capítulo, iniciamos com uma breve introdução onde descrevemos alguns conceitos básicos importantes ao entendimento do nosso trabalho. O capítulo 2 consiste na descrição do nosso estudo da distribuição de segmentos num polímero ramificado. Baseado em cálculos semelhantes aos usados em cadeias poliméricas lineares, utilizamos o modelo de crescimento para polímeros ramificados (Branched Polymer Growth Model - BPGM) proposto por Lucena et al., e analisamos a distribuição de probabilidade dos monômeros num polímero ramificado em 2 dimensões, até então desconhecida. No capítulo seguinte estudamos a classe de universalidade dos polímeros ramificados gerados pelo BPGM. Utilizando simulações computacionais em 3 dimensões do modelo proposto por Lucena et al., calculamos algumas dimensões críticas (dimensões fractal, mínima e química) para tentar elucidar a questão da classe de universalidade. Ainda neste Capítulo, descrevemos um novo modelo para a simulação de polímeros ramificados que foi por nós desenvolvido de modo a poupar esforço computacional. Em seguida, no capítulo 4 estudamos o comportamento caótico do crescimento de polímeros gerados pelo BPGM. Partimos de polímeros criticamente organizados e utilizamos uma técnica muito semelhante aquela usada em transições de fase em Modelos de Ising para estudar propagação de danos chamada de Distância de Hamming. Vimos que a distância de Hamming para o caso dos polímeros ramificados se comporta como uma lei de potência, indicando um caráter não-extensivo na dinâmica de crescimento. No Capítulo 5 analisamos o movimento molecular de cadeias poliméricas na presença de obstáculos e de gradientes de potenciais. Usamos um modelo generalizado de reptação para estudar a difusão de polímeros lineares em meios desordenados. Investigamos a evolução temporal destas cadeias em redes quadradas e medimos os tempos característicos de transporte t. Finalizamos esta dissertação com um capítulo contendo a conclusão geral denoss o trabalho (Capítulo 6), mais dois apêndices (Apêndices A e B) contendo a fenomenologia básica para alguns conceitos que utilizaremos ao longo desta tese (Fractais e Percolação respectivamente) e um terceiro e ´ultimo apêndice (Apêndice C) contendo uma descrição de um programa de computador para simular o crescimentos de polímeros ramificados em uma rede quadrada

Análise estatística de padrões sísmicos: decomposição em multiescala

O processamento de registros sísmicos é uma tarefa muito importante dentro da Geofísica e que representa um desafio permanente na exploração de petróleo. Embora esses sinais forneçam uma imagem adequada da estrutura geológica do subsolo, eles são contaminados por ruídos e, o ground roll é a componente principal. Este fato exige um esforço grande para o desenvolvimento de metodologias para filtragem, Dentro desse contexto, este trabalho tem como objetivo apresentar um método de remoção do ruído ground roll fazendo uso de ferramentas da Física Estatística. No método, a Análise em Ondeletas é combinada com a Transformada de Karhunen-Loève para a remoção em uma região bem localizada. O processo de filtragem começa com a Decomposição em Multiescala. Essa técnica permite uma representação em tempo-escala fazendo uso das ondeletas discretas implementadas a filtros de reconstrução perfeita. O padrão sísmico original fica representado em multipadrões: um por escala. Assim, pode-se atenuar o ground roll como uma operação cirúrgica em cada escala, somente na região onde sua presença é forte, permitindo preservar o máximo de informações relevantes. A atenuação é realizada pela definição de um fator de atenuação Af. Sua escolha é feita pelo comportamento dos modos de energia da Transformada de Karhunen-Loève. O ponto correspondendo a um mínimo de energia do primeiro modo é identificado como um fator de atenuação ótimo

Análise de agrupamentos dos dados de DFA oriundos de perfis elétricos de indução de poços de petróleo

The main objective of this study is to apply recently developed methods of physical-statistic to time series analysis, particularly in electrical induction s profiles of oil wells data, to study the petrophysical similarity of those wells in a spatial distribution. For this, we used the DFA method in order to know if we can or not use this technique to characterize spatially the fields. After obtain the DFA values for all wells, we applied clustering analysis. To do these tests we used the non-hierarchical method called K-means. Usually based on the Euclidean distance, the K-means consists in dividing the elements of a data matrix N in k groups, so that the similarities among elements belonging to different groups are the smallest possible. In order to test if a dataset generated by the K-means method or randomly generated datasets form spatial patterns, we created the parameter Ω (index of neighborhood). High values of Ω reveals more aggregated data and low values of Ω show scattered data or data without spatial correlation. Thus we concluded that data from the DFA of 54 wells are grouped and can be used to characterize spatial fields. Applying contour level technique we confirm the results obtained by the K-means, confirming that DFA is effective to perform spatial analysis

Comparação da análise de diferentes perfis de poços pelo método DFA

The study of complex systems has become a prestigious area of science, although relatively young . Its importance was demonstrated by the diversity of applications that several studies have already provided to various fields such as biology , economics and Climatology . In physics , the approach of complex systems is creating paradigms that influence markedly the new methods , bringing to Statistical Physics problems macroscopic level no longer restricted to classical studies such as those of thermodynamics . The present work aims to make a comparison and verification of statistical data on clusters of profiles Sonic ( DT ) , Gamma Ray ( GR ) , induction ( ILD ) , neutron ( NPHI ) and density ( RHOB ) to be physical measured quantities during exploratory drilling of fundamental importance to locate , identify and characterize oil reservoirs . Software were used : Statistica , Matlab R2006a , Origin 6.1 and Fortran for comparison and verification of the data profiles of oil wells ceded the field Namorado School by ANP ( National Petroleum Agency ) . It was possible to demonstrate the importance of the DFA method and that it proved quite satisfactory in that work, coming to the conclusion that the data H ( Hurst exponent ) produce spatial data with greater congestion . Therefore , we find that it is possible to find spatial pattern using the Hurst coefficient . The profiles of 56 wells have confirmed the existence of spatial patterns of Hurst exponents , ie parameter B. The profile does not directly assessed catalogs verification of geological lithology , but reveals a non-random spatial distribution

Ondaletas e movimento browniano fracionário: aplicação à caracterização de poços de petróleo

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior

Propriedades críticas de sistemas fora do equilíbrio via simulação Monte Carlo

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico

Espectros fractais em sistemas nanoestruturados e cristais fotônicos

The study of the elementary excitations such as photons, phonons, plasmons, polaritons, polarons, excitons and magnons, in crystalline solids and nanostructures systems are nowdays important active field for research works in solid state physics as well as in statistical physics. With this aim in mind, this work has two distinct parts. In the first one, we investigate the propagation of excitons polaritons in nanostructured periodic and quasiperiodic multilayers, from the description of the behavior for bulk and surface modes in their individual constituents. Through analytical, as well as computational numerical calculation, we obtain the spectra for both surface and bulk exciton-polaritons modes in the superstructures. Besides, we investigate also how the quasiperiodicity modifies the band structure related to the periodic case, stressing their amazing self-similar behavior leaving to their fractal/multifractal aspects. Afterwards, we present our results related to the so-called photonic crystals, the eletromagnetic analogue of the electronic crystalline structure. We consider periodic and quasiperiodic structures, in which one of their component presents a negative refractive index. This unusual optic characteristic is obtained when the electric permissivity and the magnetic permeability µ are both negatives for the same range of angular frequency ω of the incident wave. The given curves show how the transmission of the photon waves is modified, with a striking self-similar profile. Moreover, we analyze the modification of the usual Planck´s thermal spectrum when we use a quasiperiodic fotonic superlattice as a filter.

Análise de agrupamentos dos dados de DFA oriundos de perfis elétricos de indução de poços de petróleo

The main objective of this study is to apply recently developed methods of physical-statistic to time series analysis, particularly in electrical induction s profiles of oil wells data, to study the petrophysical similarity of those wells in a spatial distribution. For this, we used the DFA method in order to know if we can or not use this technique to characterize spatially the fields. After obtain the DFA values for all wells, we applied clustering analysis. To do these tests we used the non-hierarchical method called K-means. Usually based on the Euclidean distance, the K-means consists in dividing the elements of a data matrix N in k groups, so that the similarities among elements belonging to different groups are the smallest possible. In order to test if a dataset generated by the K-means method or randomly generated datasets form spatial patterns, we created the parameter Ω (index of neighborhood). High values of Ω reveals more aggregated data and low values of Ω show scattered data or data without spatial correlation. Thus we concluded that data from the DFA of 54 wells are grouped and can be used to characterize spatial fields. Applying contour level technique we confirm the results obtained by the K-means, confirming that DFA is effective to perform spatial analysis

Comparação da análise de diferentes perfis de poços pelo método DFA

The study of complex systems has become a prestigious area of science, although relatively young . Its importance was demonstrated by the diversity of applications that several studies have already provided to various fields such as biology , economics and Climatology . In physics , the approach of complex systems is creating paradigms that influence markedly the new methods , bringing to Statistical Physics problems macroscopic level no longer restricted to classical studies such as those of thermodynamics . The present work aims to make a comparison and verification of statistical data on clusters of profiles Sonic ( DT ) , Gamma Ray ( GR ) , induction ( ILD ) , neutron ( NPHI ) and density ( RHOB ) to be physical measured quantities during exploratory drilling of fundamental importance to locate , identify and characterize oil reservoirs . Software were used : Statistica , Matlab R2006a , Origin 6.1 and Fortran for comparison and verification of the data profiles of oil wells ceded the field Namorado School by ANP ( National Petroleum Agency ) . It was possible to demonstrate the importance of the DFA method and that it proved quite satisfactory in that work, coming to the conclusion that the data H ( Hurst exponent ) produce spatial data with greater congestion . Therefore , we find that it is possible to find spatial pattern using the Hurst coefficient . The profiles of 56 wells have confirmed the existence of spatial patterns of Hurst exponents , ie parameter B. The profile does not directly assessed catalogs verification of geological lithology , but reveals a non-random spatial distribution

Estudo de sistemas complexos com interações de longo alcance : percolação, redes e tráfego

In this thesis we investigate physical problems which present a high degree of complexity using tools and models of Statistical Mechanics. We give a special attention to systems with long-range interactions, such as one-dimensional long-range bondpercolation, complex networks without metric and vehicular traffic. The flux in linear chain (percolation) with bond between first neighbor only happens if pc = 1, but when we consider long-range interactions , the situation is completely different, i.e., the transitions between the percolating phase and non-percolating phase happens for pc < 1. This kind of transition happens even when the system is diluted ( dilution of sites ). Some of these effects are investigated in this work, for example, the extensivity of the system, the relation between critical properties and the dilution, etc. In particular we show that the dilution does not change the universality of the system. In another work, we analyze the implications of using a power law quality distribution for vertices in the growth dynamics of a network studied by Bianconi and Barabási. It incorporates in the preferential attachment the different ability (fitness) of the nodes to compete for links. Finally, we study the vehicular traffic on road networks when it is submitted to an increasing flux of cars. In this way, we develop two models which enable the analysis of the total flux on each road as well as the flux leaving the system and the behavior of the total number of congested roads

Aptidão física relacionada à saúde de escolares Norte- Rio-Grandenses

O sedentarismo é cada vez mais acentuado entre os adolescentes em todo o mundo. Objetivou-se neste estudo analisar o estado nutricional e a aptidão física de escolares norte-rio-grandenses. Participaram 2065 sujeitos, selecionados aleatoriamente (Masc = 1066, Fem = 999) (Natal n=1158; Mossoró n= 312; Lajes n= 231), divididos em três grupos etários pelos estágios maturacionais: 10 a 12 anos, 13 a 14 anos e _ 15 anos. Foi avaliada a composição corporal (IMC, dobras cutâneas tríceps e subescapular); o hábito alimentar (questionário de prevalência do consumo por grupo alimentar); o índice de atividade física (questionário Baeck) e o nível de aptidão física (testes do salto em distância, flexibilidade, resistência abdominal e cardiovascular). Utilizando-se a estatística descritiva, testes de médias pela análise dos intervalos de confiança, o teste de Kruskall-Wallis, teste t, o Qui2 e o coeficiente de contingência. Encontraram-se diferenças significativas com p < 0001 na distribuição do índice de massa corporal (n = 1701); Região Leste Potiguar (RLP) com excesso de peso e obesidade de 16,8 % e 15,2 %, a Região Oeste 16,3% e 9,6 % e a Região Central 10,4 % e 3,9 %, com as escolas privadas contribuindo significativamente na prevalência dessas variáveis nas RLP e ROP com p < 0,003 e p < 0,001 respectivamente. O hábito alimentar demonstrou que 98,3% dos sujeitos consomem alimentos do grupo das massas 98,3%; cereais 97,7%; laticínios 94,7%; frutas 92,3%; gorduras 88,3% e as hortaliças 61,6%, não havendo diferenças significativas no consumo alimentar entre o tipo de escolas e gênero (n = 300). No índice de atividade física habitual há diferenças entre esses respectivos extratos: 2,65±0,78 e 2,81±0,80 (p < 0,014) e 2,89±0,82 e 2,57±0,78 (p < 0,001), com as práticas de atividades esportivas, programas de exercícios físicos e lazer ativo mais significativo em escolas privadas 2,85 ± 1,06 e 3,37±1,26 (p < 0,001) em prol do sexo masculino com 3,47±1,24 e 2,75±1,03 (p <0,001). Resistência abdominal ( =19) e força de membros inferiores ( =128,5 cm) foram classificadas como muito fraco , a flexibilidade ( =26,9 cm) razoável e resistência geral ( =1439 m) como bom . Conclui-se que o hábito alimentar e o baixo índice de atividade física habitual influenciam negativamente os índices da aptidão física relacionada à saúde dos escolares, com menor incidência em instituições privadas em função das práticas esportivas. Este estudo apresenta relação de interface multidisciplinar, tendo o seu conteúdo uma aplicação nos campos da Medicina, Nutrição e Educação Física

Atividade física e outros fatores associados à função sexual em mulheres de meia idade

Este estudo teve por objetivo avaliar os fatores associados à disfunção sexual em mulheres de meia idade. Realizou-se um estudo descritivo transversal, que compreendeu 370 mulheres, entre 40 a 65 anos, atendidas nas Unidades Básicas de Saúde de cada distrito sanitário (Norte, Sul, Leste e Oeste) da cidade de Natal, no estado do Rio Grande do Norte, Brasil. Para avaliar a função sexual utilizou-se o Female Sexual Function Index (FSFI). A sintomatologia climatérica foi avaliada por meio do Menopause Rating Scale (MRS). O Índice de Blatt-Kupperman (IMBK) foi utilizado para avaliação quantitativa global da ocorrência de sintomas/queixas. A atividade física foi avaliada pelo questionário International Physical Activity Questionnaire - IPAQ (versão curta). A avaliação da qualidade de vida geral se deu pelo WHOQOL-Bref. A análise estatística foi realizada utilizando o programa estatístico MINITAB version16. Além de análises descritivas das variáveis categorizadas, utilizou-se o teste qui-quadrado de Person com o intuito de verificar possíveis associações entre as variáveis sociodemográficas, comportamentais, clínicas, níveis de atividade física, sintomatologia climatérica, qualidade de vida e a função sexual das mulheres estudadas. Desenvolveu-se a regressão logística para verificar a influência dessas variáveis sobre a disfunção sexual. Considerou-se o nível de significância de 5% para todos os testes. Os resultados mostraram que a média de idade das mulheres estudadas foi de 49,8 (±8,1) anos. Do total dessas mulheres, 67% apresentaram disfunção sexual. Observou-se que 54,5% delas se encontravam na pré-menopausa. Avaliando a influência das variáveis sobre a função sexual; faixa etária (56-65) (p<0,001), estado civil (divorciada/separada) (p < 0,001), escolaridade (baixa) (p=0,017), menopausa (p < 0,001), histerectomia (p = 0,016), nível de atividade física (sedentária) (p=0,002), sintomas do climatério (forte) (p<0,001) e qualidade de vida (baixa) (p<0,001), estiveram associados à disfunção sexual em mulheres de meia idade. Concluiu-se neste estudo que fatores sociodemográficos, clínicos, comportamentais, níveis de atividade física, sintomatologia climatérica e qualidade de vida influenciam significativamente a função sexual na mulher de meia idade