Ondas e instabilidades em plasmas com inomogeneidades suaves na densidade e no campo magnético de equilíbrio

No presente trabalho, estudamos a absorção e amplificação de ondas eletromagnéticas que se propagam em plasmas com densidade e temperatura fracamente inomogêneas, imersos em um campo magnético também inomogêneo, tendo como base a teoria cinética, dentro do contexto da aproximação local. Esse estudo se dá efetivamente a partir da obtenção do tensor dielétrico do plasma, que deve ser empregado na relação de dispersão. Iniciamos com uma revisão dos conceitos básicos sobre plasmas homogêneos e inomogêneos. Os fundamentos da teoria cinética também foram abordados. Apresentamos uma revisão de trabalhos anteriores que enfocam o mesmo tema, embora descrevendo separadamente os dois tipos de inomogeneidades. A partir desses trabalhos, obtivemos um tensor dielétrico geral, que descreve de forma simultânea as inomogeneidades do campo magnético de equilíbrio e da função distribuição de equilíbrio.Tal tensor foi obtido a partir de um sólido desenvolvimento teórico, que garante a correta descrição da troca de energia entre as ondas e as partículas do plasma. Abordamos os aspectos gerais das instabilidades de deriva, direcionando o estudo à faixa de frequência das ondas híbridas inferiores, e às instabilidades LHDI e MTSI (IWI). Utilizamos perfis lineares de inomogeneidades de campo magnêtico ambiente e densidade para modelar a região da magnetosfera conhecida como neutral sheet. Particularizamos o tensor dielétrico para o estudo específico das instabilidades LHDI e MTSI (IWI), para o tipo de perfil citado acima. Apresentamos uma nova rela»c~ao de dispers~ao para plasmas inomogêneos, que incorpora explicitamente as derivadas espaciais do tensor dielétrico do plasma. Usamos o tensor que unifica os tratamentos das inomogeneidades do campo e densidade nessa relação de dispersão, e obtivemos uma descrição unificada das instabilidades LHDI e MTSI (IWI).

Perspectivas e sentidos na interação virtual em rede telemática

Esta pesquisa aconteceu a partir de uma lista de discussão, em rede telemática, entre professores da 4ª série do ensino fundamental de três escolas da região central do Estado do Rio Grande do Sul. Neste espaço de interação virtual, tínhamos como objetivo estudar como se instituíam as condições para emergência de novos sentidos, possibilitadores de uma dinâmica auto-organizativa do próprio espaço de interação, assim como seus extravasamentos para as práticas em situação pedagógica. Os referenciais teóricos, que deram sustentação a este estudo, encontram seus fundamentos na Epistemologia Genética de Jean Piaget e nas aproximações realizadas pelo próprio autor, com as teorias da complexidade, especialmente a teoria do caos e dos sistemas dinâmicos auto-organizativos. Na análise dos dados coletados no interior da lista, foi possível observar que o próprio espaço de interação telemática (definido pela lista de discussão) tornou-se operador das interações/reflexões dialógicas, entre professores (S x S) e entre suas práticas em situações pedagógicas (S x O). Os movimentos interativos/reflexivos, num misto de encontros/desencontros de idéias e sentidos, instituíram uma zona de interação telemática (zit). Por conseguinte, devido a multiplicidade de pontos de vista e de espaços-tempos visibilizados nesta zit, novos modos de pensar e de agir abriam-se para um campo virtual de possibilidades (Copntinuação) O que estava inicialmente fragmentado, solto, desorganizado, disperso, sem um sentido aparente e com operadores restringindo as aproximações integrativas (característico das condutas α), aos poucos foi conquistando coerência e estabilidade, integrando os desvios e as perturbações nestas novas construções e aproximando os professores de condutas β e γ. Enfim, a zit configurava suas fronteiras provisórias, apenas nas circularidades complexas, nos estados estacionários (aberturas e fechamentos coexistindo), que emergiam no devir das interações/reflexões partilhadas. Novas perspectivas tornaram-se possíveis e o professor podia, então, deslocar-se em relação a si, ao outro (colegas, autores...) e a própria prática, conquistando metapontos de vista. O que, de um determinado lugar, era restritor e limitava as interações/reflexões, de outro, tornava-se objeto tematizado para meta-reflexões. As oscilações acabaram por produzir novas estabilidades em meio às instabilidades, dessa forma instituindo a própria zit como um operador para os processos de emergência e produções de sentidos. Este estudo é, também, uma contribuição ao uso crítico/criativo das novas tecnologias na educação, enquanto possibilitadora de novos sentidos nas transformações político-pedagógicas.

Filmes finos dielétricos para a tecnologia do silício : processamento térmico e caracterização

O rápido avanço tecnológico coloca a tecnologia do Si diante de um grande desafio: substituir o dielétrico de porta utilizado por mais de 40 anos em dispositivos MOSFET (transistor de efeito de campo metal-óxido-semicondutor), o óxido de silício (SiO2), por um material alternativo com maior constante dielétrica. Nesse contexto, vários materiais têm sido investigados. Nesta tese concentramos nossa atenção em três candidatos: o óxido de alumínio (Al2O3), o silicato de zircônio (ZrSixOy) e o aluminato de zircônio (ZrAlxOy). Nossos resultados experimentais baseiam-se em técnicas de análise com feixes de íons ou raios-X e de microscopia de força atômica. No caso do Al2O3, investigamos a difusão e reação de oxigênio através de filmes relativamente espessos (35 nm) quando submetidos a tratamento térmico em atmosfera oxidante, e os efeitos que esses processos provocam em filmes finos (6,5 nm) de Al2O3 depositados sobre uma estrutura SiO2/Si. Observamos que o processo de difusão-reação em filmes de Al2O3 é diferente do observado em filmes de SiO2: no primeiro caso, oxigênio difunde e incorpora-se em todo o volume do filme, enquanto que em filmes de SiO2, oxigênio difunde através do filme, sem incorporar-se em seu volume, em direção à interface SiO2/Si, onde reage. Além disso, quando oxigênio atinge a interface Al2O3/Si e reage com o Si, além da formação de SiO2, parte do Si migra em direção ao Al2O3, deslocando parte dos átomos de Al e de O. Modelos baseados em difusão e reação foram capazes de descrever qualitativamente os resultados experimentais em ambos os casos. A deposição de filmes de Al2O3 sobre Si por deposição química de camada atômica a partir de vapor também foi investigada, e uma nova rotina de deposição baseada em préexposição dos substratos de Si ao precursor de Al foi proposta. As estruturas ZrSixOy/Si e ZrAlxOy/Si (ligas pseudobinárias (ZrO2)z(SiO2)1-z e (ZrO2)z(Al2O3)1-z depositadas sobre Si) foram submetidas a tratamentos térmicos em oxigênio ou vácuo com o objetivo de investigar possíveis instabilidades. Os tratamentos térmicos não provocaram instabilidades na distribuição de Zr, mas migração e incorporação de Si no filme dielétrico foram observadas durante os dois tratamentos para ambos os materiais.

A instabilidade causada pela migração dependente da densidade em metapopulações

Neste trabalho analisamos os efeitos causados pela migração dependente da densidade em metapopulações, modelada como um sisitema de n sítios discretos no tempo e no espaço. A análise em diferentes funções que descrervem a dinâmica local do sistema e para configurações da rede na forma unidimensional (anéis cíclicos) e na forma bidimensional (superfície toroidal). Para os anéis cíclicos, obtemos os padrões espaciais causados pela migração dependente da densidade. Além disso, observamos que padrões mais irregulares e complexos aparecem de forma mais intensa em uma das funçoes analisadas na descrição do processo de dinâmica local. Através de várias evidências numéricas determinamos, para dinâmica local, descrita pela função exponencial logística, a região onde a migração dependente da densidade induz caóticos no sistema. esta região é crescente conforme ocorre o crescimento na fração migratória máxima. Para redes bidimentsionais na forma vizinhança de Moore apresentamos as instabilidades causadas pela migração dependente da densidade nas mesmas funções utilizadas para deescrever o processo de dinâmica local do caso anterior. Através do cálculo do espectro de Lyapunov confirmamos os padrões caóticos encontrados, classificando-os como caos espaço temporal completamente desenvolvido e supressão de caos.

Efeitos da transferência de massa na relação matemática entre espessuras real e aparente em fase livre de gasolina com etanol nas contaminações subterrâneas

Esta tese trata da relação matemática entre as espessuras real e aparente em contaminações subterrâneas com gasolina e com gasolina e etanol. Foi testada a hipótese de que a relação entre as espessuras dos dois tipos de gasolinas pode ser descrita pela mesma relação matemática desde que esta relação incorpore as tensões interfaciais entre a água e a gasolina e gasolina e o ar que ocorrem no meio poroso. É proposta uma relação matemática hidrostática para o equilíbrio considerando o contato entre o poço de monitoramento e o meio poroso e a tensão interfacial responsável pelos efeitos capilares no meio poroso e a densidade dos fluidos. Os experimentos conduzidos em meio poroso e colunas acrílicas mostraram um ajuste estatisticamente melhor da equação matemática proposta para a gasolina pura e um ajuste que apresentou menor representatividade estatística para a gasolina com etanol. Esta discrepância está relacionada ao fato da transferência de massa do etanol presente na gasolina para a água não ser um fenômeno desprezível, causar grande influência no sistema e não estar contemplada na relação matemática proposta. Outro fenômeno observado em gotas de fluidos em experimentos para medir a tensão interfacial pode ser responsável pelo ajuste menos representativo da equação que é a presença de instabilidades na interface de contato entre a gasolina e a água. Estas instabilidades que são chamadas na literatura de Efeito Marangoni produzem variações na interface entre água e gasolina e são também responsáveis pela diferença no ajuste da equação.

Análise da estabilidade do corte ferroviário do KM 112 da linha Cacequi-Rio Grande, RS e proposta de solução

Esta Dissertação de Mestrado tem por finalidade apresentar a Análise da Estabilidade de Um Corte Ferroviário e Proposta de Solução para Estabilização de Taludes de um segmento da linha férrea Cacequi – Rio Grande (RS), Sub-trecho entre São Gabriel e Bagé, localizado entre os km 111 + 600 e km 112 + 800. Este trecho de variante foi implantado por volta de 1975, em substituição ao traçado da linha velha que comprometia o tráfego das composições ferroviárias. Tal segmento está assente sobre a formação Rio Bonito, constituída de paraortoconglomerados, arenitos quartzosos, arenitos feldspáticos, siltitos, folhelhos carbonosos, diamictitos e carvão. O corte em questão é tipo caixão, de altura variável, em torno de 12,00 m na sua parte mais alta. Quando da sua implantação foi concebido com valetões de pé de corte aberto e recobertos com leiva. Desde sua construção, os taludes apresentaram forte erosão superficial e instabilidade geral, ocorrendo, no ano de 1982, uma ruptura circular no lado esquerdo, a qual provocou um deslocamento de cerca de 4,0m da linha férrea da sua posição original em direção ao talude do lado direito (sentido da quilometragem). A massa de solo envolvida apresenta deslocamentos mais evidentes junto ao pé do talude, provocando uma manutenção constante corretiva do nivelamento da via férrea. Também se observa que os valetões estão assoreados, o que ocasiona obstruções e provoca a retenção d´água superficial e o encharcamento do solo, contribuindo na instabilidade do talude Além da instabilidade global, existem instabilidades localizadas (escorregamentos superficiais) que são devidos à erosão superficial dos taludes em razão do inadequado direcionamento das águas de escoamento superficial e da fraca proteção vegetal nos taludes. Nas sondagens foi descoberta uma fina camada de argilito cinza-escuro numa cota muito próxima da cota em que foi definida a plataforma. Esta camada provocou a mobilização da resistência ao cisalhamento residual, ocasionando a instabilização do talude. A proposta de estabilização prevê, a um baixo custo, melhorar em aproximadamente 70% as condições locais, mediante a execução de uma trincheira drenante no pé do talude, em toda a extensão do corte, a instalação de drenos sub-horizontais na região mais afetada e a correção dos sistemas de drenagem existentes, acompanhados de um gerenciamento da execução dos serviços. O monitoramento posterior definirá a necessidade ou não da execução de um muro de contenção em solo reforçado na região mais crítica.

Otimização topológica de estruturas contínuas submetidas a restrições de flexibilidade, volume e frequência natural

Este trabalho trata dos problemas de otimização de minimização de volume com restrição de flexibilidade e freqüência natural e minimização de flexibilidade com restrição de volume. Os problemas são resolvidos para estruturas bidimensionais e tridimensionais. As equações diferenciais de equilíbrio são solucionadas de forma aproximada através do método dos elementos finitos, em um subespaço de dimensão finita. O método utilizado no estudo é o da otimização topológica, o qual consiste em encontrar dentro de um domínio pré-existente uma distribuição ideal de material. São avaliadas técnicas como programação linear e critério de ótimo. Em ambos os casos são utilizadas sensibilidades calculadas analiticamente. Para a otimização com restrição modal, problemas característicos como autovalores repetidos e normalização do autovetor são tratados. Ferramentas usadas na otimização topológica, como método da continuação, penalização e filtragem são discutidos. São abordados também problemas e características inerentes ao processo de otimização topológica, tais como instabilidades de tabuleiros, dependência de malha e sensibilidade da topologia a diferentes condições de contorno. Os resultados obtidos permitem avaliações referentes à otimização topológica (geometrias, ou seja, topologias resultantes) sob diferentes condições, utilizando-se as ferramentas discutidas nesse trabalho.

Estudo experimental das características do escoamento turbulento nas primeiras fileiras de bancos de tubos

Este trabalho apresenta um estudo experimental das características do escoamento turbulento nas primeiras fileiras de bancos de tubos. São estudados os escoamentos sobre três geometrias de arranjos de tubos: dois tubos posicionados lado a lado normais ao escoamento, uma fileira de tubos transversal ao escoamento e bancos de tubos de configuração quadrangular, com três razões de espaçamento diferentes. O objetivo é entender o comportamento das instabilidades e fenômenos aleatórios e transientes que ocorrem nas primeiras fileiras de bancos de tubos e se propagam para o seu interior. Os resultados experimentais são obtidos através de medições em túnel de vento e visualizações em canal de água. Para a obtenção dos campos de velocidade é utilizada a técnica de anemometria de fio quente e para as medições de pressão é utilizado um transdutor de pressão piezo resistivo. Os dados experimentais obtidos são analisados por ferramentas estatísticas, espectrais e de ondaletas. As visualizações são feitas através da técnica de injeção de tinta diretamente no escoamento. Os resultados mostram a presença de instabilidades geradas a partir da segunda fileira do banco de tubos, que se propagam para o interior, gerando um comportamento onde as três componentes ortogonais do escoamento são igualmente importantes. O comportamento tridimensional do escoamento é responsável por uma redistribuição de massa dentro do banco de tubos que leva a valores de velocidade e números de Strouhal não esperados para a geometria estudada.

Investigação do comportamento mecânico de um solo residual de gnaisse da cidade de Porto Alegre

O solo residual de gnaisse ocupa uma grande área da cidade de Porto Alegre. Embora exista histórico de instabilidades de estruturas de contenção executadas neste material, o estudo científico de suas propriedades geotécnicas foi iniciado somente a partir da execução de uma obra de solo grampeado, realizada no ano de 2001. O projeto da obra supracitada foi revisado a partir do início das escavações, através de retro-análises de rupturas induzidas, o que conduziu a parâmetros de resistência ao cisalhamento sensivelmente inferiores aos obtidos inicialmente através de ensaios de campo. Os deslocamentos de crista, medidos nesta estrutura, superaram os valores esperados a partir de dados da literatura. O solo residual de gnaisse estudado apresenta forte anisotropia textural, marcada pelos bandamentos herdados da rocha mãe. Estes bandamentos são formados pela intercalação de bandas micáceas e bandas compostas principalmente por partículas de quartzo e feldspato. Foram realizados ensaios triaxiais com medição local de deformações, ensaios de compressão isotrópica e ensaios de compressão confinada para o estudo da resistência ao cisalhamento e da deformabilidade deste solo residual de gnaisse Os ensaios foram realizados para diferentes ângulos entre o bandamento micáceo e a direção da tensão principal maior a. Diferente dos solos residuais de gnaisse estudados em outras partes do Brasil, o solo residual de gnaisse estudado apresenta clara anisotropia de resistência ao cisalhamento e de deformabilidade, devida à estrutura herdada da rocha mãe. Em um comportamento também diferente dos solos supracitados, o solo residual de gnaisse de Porto Alegre, com base nos ensaios realizados nesta dissertação, não apresenta uma superfície de plastificação dada pela sua estrutura. Realizando-se uma interpretação através dos conceitos da Teoria do Estado Crítico, verificou-se que o solo residual de gnaisse apresenta uma NCL para amostras reconstituídas, mas, devido ao seu caráter anisotrópico, não foi possível determinar a CSL do solo residual de gnaisse, nem definir sobre sua unicidade.

Transição à turbulência na camada de mistura estavelmente estratificada utilizando simulação numérica direta e simulação de grandes escalas

A transição à turbulência em uma camada de mistura estavelmente estratificada é de grande interesse para uma variedade de problemas geofísicos e de engenharia. Esta transição é controlada pela competição entre o cisalhamento do escoamento de base e as forças de empuxo, devido à estratificação em densidade do ambiente. Os efeitos do empuxo atuam no escoamento reduzindo a taxa de crescimento das perturbações e retardando a transição à turbulência, enquanto o cisalhamento fornece energia cinética ao escoamento. O presente trabalho investiga a natureza da transição à turbulência em uma camada de mistura temporal estavelmente estratificada através de Simulação Numérica Direta (DNS) e Simulação de Grandes Escalas (LES). O propósito da investigação é analisar o efeito da estratificação estável no desenvolvimento da instabilidade de Kelvin-Helmholtz (K-H) e na formação dos vórtices longitudinais, que se formam após a saturação dos turbilhões primários de K-H. Além deste propósito, é examinado, utilizando de DNS e LES, o desenvolvimento das instabilidades secundárias de K-H na camada baroclínica. Os testes numéricos tridimensionais são realizados com diferentes tipos de condições iniciais para a flutuação de velocidade transversal, enquanto uma condição forçada é usada para as outras duas componentes de flutuação de velocidade. Em particular, o efeito do comprimento transversal do domínio de cálculo é testado empregando diferentes comprimentos, enquanto são usadas as mesmas dimensões para a direção longitudinal e vertical. As simulações bidimensionais mostram que o aumento da estratificação inibe o processo de emparelhamento, reduz a troca de energia entre os turbilhões de K-H e o escoamento, atenua a instabilidade de K-H e diminui o fluxo vertical de massa. A instabilidade secundária do tipo K-H é identtificada na camada baroclínica para Re ¸ 500 quando há o processo de emparelhamento dos vórtices simulados. Na simulação a Re = 500, a instabilidade secundária de K-H aparece tanto para Ri = 0.07 (fraca estratificação) como para Ri = 0.167 (forte estratificação). Os resultados tridimensionais demonstram que os vórtices longitudinais são claramente formados na camada a Ri = 0. Por outro lado, nos casos estratificados os vórtices são enfraquecidos, devido ao gradiente longitudinal de densidade, que diminui a vorticidade nos turbilhões de K-H enquanto aumenta na região entre eles.