Models and methods for the direct simulation of rough and micropatterned surfaces

Friction in hydrodynamic bearings are a major source of losses in car engines ([69]). The extreme loading conditions in those bearings lead to contact between the matching surfaces. In such conditions not only the overall geometry of the bearing is relevant, but also the small-scale topography of the surface determines the bearing performance. The possibility of shaping the surface of lubricated bearings down to the micrometer ([57]) opened the question of whether friction can be reduced by mean of micro-textures, with mixed results. This work focuses in the development of efficient numerical methods to solve thin film (lubrication) problems down to the roughness scale of measured surfaces. Due to the high velocities and the convergent-divergent geometries of hydrodynamic bearings, cavitation takes place. To treat cavitation in the lubrication problem the Elrod- Adams model is used, a mass-conserving model which has proven in careful numerical ([12]) and experimental ([119]) tests to be essential to obtain physically meaningful results. Another relevant aspect of the modeling is that the bearing inertial effects are considered, which is necessary to correctly simulate moving textures. As an application, the effects of micro-texturing the moving surface of the bearing were studied. Realistic values are assumed for the physical parameters defining the problems. Extensive fundamental studies were carried out in the hydrodynamic lubrication regime. Mesh-converged simulations considering the topography of real measured surfaces were also run, and the validity of the lubrication approximation was assessed for such rough surfaces.

As concepções de professores de química sobre a utilização de elementos da história e filosofia da ciência no ensino

Nas últimas décadas, investigações têm destacado o papel da história e filosofia da ciência (HFC) na educação científica. O reconhecimento da pluralidade e complexidade da ciência tem originado estudos, os quais apontam que o ensino sobre ciências deve levar em conta as diferenças entre as disciplinas científicas. Assim, tem-se discutido a importância da consideração de elementos da história e da filosofia da química no aprimoramento do processo de ensino e aprendizagem dessa ciência. Apesar disso, investigações têm constatado que pouco ou nada se discute acerca desses assuntos nas aulas de ciências. Diante disso, esta dissertação tem como intuito investigar a concepção de professores de química sobre a inclusão de elementos da HFC no ensino, com foco nas características inerentes às práticas e aos conhecimentos químicos. Foram investigadas as concepções de cinco professores de química, que atuam em diferentes escolas públicas da região metropolitana de São Paulo, acerca de cinco temas, elaborados com base em estudos da área de ensino de ciências e em diretrizes curriculares oficiais: relações com a sociedade, modelos e modelagem, experimentação, desenvolvimento histórico e reducionismo. Por meio da análise qualitativa dos dados, as concepções docentes, para cada tema, foram classificadas em dois subeixos temáticos: prática docente e relevância. Ademais, foram identificados fatores externos e internos que influenciam as práticas e concepções dos sujeitos concernentes a considerações filosóficas, históricas e sociológicas sobre a química. Os resultados evidenciam que, de modo geral, os sujeitos consideram relevantes determinados assuntos relacionados à natureza da química e, em certa medida, buscam inseri-los em suas práticas cotidianas. Contudo, mostraram também que os motivos pelos quais os docentes conferem importância a algumas discussões, e o modo como as desenvolvem, podem limitar a compreensão dos estudantes sobre a complexidade da construção do conhecimento científico. Além disso, foram raras as referências a aspectos específicos da química, à importância de evidenciar e discutir esses aspectos com os estudantes, assim como à preparação de situações didáticas próximas à prática química autêntica.