Finite approximate controllability for semilinear heat equations in noncylindrical domains

Este artigo é dedicado ao estudo da controlabilidade finito-aproximada para a equação não linear de transferência de calor em domínios com fronteira móvel. A demonstração do resultado principal baseia-se no princípio de continuação única de Carolina Fabre 1996 e em argumentos de ponto fixo do tipo Leray-Schauder.

Generalized integral transform solution for hydrodynamically developing non-Newtonian flows in circular tubes

ABSTRACT: The Generalized Integral Transform Technique (GITT) is applied to the solution of the momentum equations in a hydrodynamically developing laminar flow of a non-Newtonian power-law fluid inside a circular duct. A primitive variables formulation is adopted in order to avoid the singularity of the auxiliary eigenvalue problem in terms of Bessel functions at the centerline of the duct when the GITT approach is applied. Results for the velocity field and friction factor-Reynolds number product are computed for different power-law indices, which are tabulated and graphically presented as functions of the dimensionless coordinates. Critical comparisons with previous results in the literature are also performed, in order to validate the numerical codes developed in the present work and to demonstrate the consistency of the final results.

Nova metodologia para análise e síntese de sistemas de aterramento complexos utilizando o método lN-FDTD, computação paralela automática e redes neurais artificiais

Neste trabalho, o método FDTD em coordenadas gerais (LN-FDTD) foi implementado para a análise de estruturas de aterramento com geometrias coincidentes ou não com o sistema de coordenadas cartesiano. O método soluciona as equações de Maxwell no domínio do tempo, permitindo a obtenção de dados a respeito da resposta transitória e de regime estacionário de estruturas diversas de aterramento. Uma nova formulação para a técnica de truncagem UPML em coordenadas gerais, para meios condutivos, foi desenvolvida e implementada para viabilizar a análise dos problemas (LN-UPML). Uma nova metodologia baseada em duas redes neurais artificiais é apresentada para a deteccão de defeitos em malhas de terra. O software FDTD em coordenadas gerais foi testado e validado para vários casos. Uma interface gráfica para usuários, chamada LANE SAGS, foi desenvolvida para simplificar o uso e automatizar o processamento dos dados.

Análise eletromagnética de cabos OPGW utilizando métodos numérico e analítico

Este trabalho apresenta o estudo eletromagnético de cabos OPGW (Optical Ground Wire) os quais têm dupla função: de pára-raios para linhas de transmissão de alta tensão e de canal de comunicação através de fibras ópticas embutidas na estrutura do cabo. Descargas atmosféricas ou curtos-circuitos podem comprometer a integridade do cabo, devido ao aquecimento nas regiões onde há maior concentração de corrente. Para a análise deste problema foram feitos cálculos eletromagnéticos relacionando-os aos efeitos térmicos no cabo. Nesta análise foram consideradas três diferentes geometrias: o modelo de cabo real, o modelo de cabo com camadas homogêneas e o modelo de cabo com uma camada modificada; esta modificação está relacionada à forma geométrica dos fios da armação do cabo. As ferramentas utilizadas em tal estudo foram o software comercial FEMLAB Multiphysics, baseado no método dos elementos finitos, e um método analítico desenvolvido a partir das equações de Maxwell no domínio da freqüência, que foi implementado utilizando o software MATLAB. Os principais resultados deste trabalho são gráficos de distribuição de densidade de corrente na seção reta do cabo para diferentes freqüências, estudo do efeito pelicular e do efeito de proximidade entre os condutores do cabo.

Mudanças na prática docente no ensino de física: espaços, tempos e movimentos de experiências vividas por uma professora

Este trabalho consiste de uma pesquisa narrativa autobiográfica em que realizei uma investigação sobre mudança na minha prática docente, a partir da seguinte questão norteadora: Que contribuições para a mudança na prática docente podem emergir de experiências vividas no contexto da docência de uma professora de Física no Ensino Médio? O estudo foi realizado com base em quatro experiências vividas na atuação docente: no Projeto Pré-Vestibular Solidário (PPVS), em uma escola da rede particular, em duas escolas da rede pública de ensino em Santarém-PA, e na prática pedagógica com o Ensino de Física Através de Temas (EFAT), a qual foi realizada em uma escola da rede estadual de ensino em Ananindeua-PA. Esta última experiência consistiu de um trabalho em cooperação com a professora praticante responsável pela turma de 32 ano noturno, em que foi realizada a prática. Como material de análise fiz uso das memórias de docência das três primeiras experiências e registros construídos a partir da experiência com o EFAT por meio de diários de aula produzidos por mim e pela professora praticante, relatos e depoimentos dos estudantes, além de entrevista com a professora. Interagi com esses materiais de análise no sentido de construir compreensões sobre o processo de mudança em minha prática, na perspectiva dos professores como agentes de mudança educacional, segundo Goodson (2008a, 2008b) e Fullan (2009), e trato de mudanças nas crenças e valores pessoais. Das análises construídas identifiquei como elementos de mudança: rupturas/reconstruções de modelos e concepções de processo ensino-aprendizagem, ser docente, ciência, conhecimento científico e dimensões formativas decorrentes do aprendizado em Física; os desafios referentes a complexidade do cotidiano na sala de aula, as incertezas da prática, a construção de uma relação dialógica com os estudantes, promover a motivação para o processo ensino-aprendizagem em Física, a busca da aprendizagem contínua, reconstrução do papel de professora e estudantes no processo ensino-aprendizagem, desenvolver a prática compartilhada, as dificuldades das condições de produção docente; a interação decorrente das trocas com colegas professores, e estudantes, que propiciaram a construção coletiva e compartilhada da prática, a construção de valores e atitudes como a confiança, receptividade, a flexibilidade; e o movimento interno que diz respeito a inquietação, insatisfação, o conflito relacionados aos modos de condução da prática docente, o olhar constante para si, além das crenças na mudança. Das análises realizadas concluo que a mudança na minha prática docente no ensino de Física tem relação com o modo como enfrentei os conflitos decorrentes dos distanciamentos entre a formação e atuação docente, uma vez que no decurso da formação são construídos modelos e concepções de ciência, docência, processo ensino-aprendizagem, dentre outros que se distanciam do fazer cotidiano nos contextos de atuação e que por vezes necessitam ser reconstruídos. Assim, a mudança na minha prática docente envolveu múltiplas dimensões, aprendizados contínuos, abertura ao diálogo, flexibilidade para construir e reconstruir crenças e valores, modos de ser e agir na docência.

A docência no curso de licenciatura em física da UFPA: história e gênero

Este estudo objetivou analisar a inserção do gênero feminino na docência da Licenciatura em Física da UFPA, no período de 1970 a 2005, visando identificar as dificuldades e barreiras vivenciadas pelas docentes no contexto acadêmico, influenciado por modelos sociais e culturais propiciados pelo gênero que pertencem. No período proposto, a educação brasileira passou por reformas educacionais com perspectivas e perfis diferenciados, levando a uma emergente necessidade de expansão do corpo docente em vários segmentos da educação superior. A problemática de investigação foi moldada em três questionamentos, a saber: 1) Como os autores dedicados aos estudos de gênero abordam em suas produções historiográficas a trajetória de ascensão social do gênero feminino e sua luta por educação superior? 2) De que modo as propostas de formação docente inspiradas na legislação educacional brasileira influenciaram na inserção do gênero feminino na docência da Licenciatura em Física da UFP A, entre 1970 a 2005? 3) Quais as principais barreiras interpostas ao trabalho docente feminino ao longo da formação e atuação na Licenciatura em Física nessa instituição educativa? A pesquisa se configurou na perspectiva historiográfica de longa duração procurando entender os entrelaces de gênero e formação instituídos nas teias da educação superior na UFP A. Trabalhando com fontes bibliográficas e documentais aditadas a análise dos discursos docentes através da entrevista semi-estruturada, evidenciou as configurações culturais e sociais vividas pela mulher brasileira para chegar à educação superior e ao espaço científico, conquistados com muita luta e determinação, visto que a aquisição de conhecimento para elas não era considerada necessária, instituindo rótulos dualizados na profissão docente, passando o construir alguns aspectos discriminatórios ao gênero feminino em seu exercício profissional. As reformas educativas não eluciâaram a categoria gênero. A Licenciatura aqui estudada permanece com a hegemônica presença docente do gênero masculino.

A conversão de registros de representações semióticas no estudo de sistemas de equações algébricas lineares

Este trabalho consiste na proposta de uma sequencia didática para o ensino de Sistemas de Equações Algébricas Lineares na qual estabelecemos uma conexão entre o Método da Substituição e o buscando a conversão de registros de representação. O objetivo da proposta foi verificar se os alunos conseguem realizar a conexão entre os dois métodos desenvolvendo a conversão do método da substituição no Método do escalonamento caracterizando assim, o aprendizado do objeto matemático estudado, segundo a teoria de registros de representação semiótica de Raimund Duval. A pesquisa foi realizada com alunos do ensino médio em uma escola da rede pública estadual da cidade de Belém e os resultados apontaram para o estabelecimento de uma conexão entre os dois métodos empregados no processo de resolução de sistemas.

A prática pedagógica e a construção de saberes do biólogo no ensino de física na 8ª série

O trabalho em foco foi realizado com professores licenciados em Biologia que lecionam Física na disciplina Ciências Naturais. Apresenta alguns uestionamentos em torno do trabalho pedagógico desenvolvido por estes profissionais da educação para superar as dificuldades encontradas ao lecionarem aquela disciplina. Para subsidiar este estudo, analisei o currículo de licenciatura plena em Biologia de duas instituições de ensino superior, os erros conceituais nos livros didáticos e as relações que se estabelecem entre estes instrumentos, os Parâmetros Curriculares Nacionais e os saberes docentes do professor de Ciências. Os subsídios teóricos que nortearam a investigação estão centrados nos pensamentos de Paulo Freire e sua prática libertadora de educar, na escola reflexiva de Isabel Alarcão, nas competências de Perrenoud, entre outros autores que fazem reflexões pistemológicas sobre a prática pedagógica, e Orlandi, que trata das análises do Discurso. Para compreender melhor o trabalho docente desenvolvido pelos professores sujeitos desta pesquisa, analiso por meio de observações, entrevistas e questionários como se constroem os saberes docentes na atuação deste profissional, haja vista que ele não é formado para o exercício pedagógico na disciplina de Física. Os dados encontrados nas vozes desses professores mostram neste modelo de pesquisa o quanto é importante saber ouvir, para sentir e avaliar as esperanças, as angústias e outros problemas que interferem ou auxiliam na prática educativa. O estudo revela alguns elementos que servem para analisar como os professores constroem e estruturam suas práticas pedagógicas, sejam elas reflexivas ou não, como estruturam seus pensamentos em relação ao ensino de Ciências, e quais as alternativas possíveis para uma melhoria na qualidade desta prática. Revelam também que os livros didáticos são instrumentos que sustentam a prática dos professores, sobretudo para os que insistem em ficar presos ao currículo estabelecido pelo sistema educacional, ou ao currículo da formação inicial. Concluo, finalmente, que muito precisa ser feito para melhorar a alfabetização científica docente, mas apesar disso, encontramos professores comprometidos com a própria formação profissional. A construção dos saberes docentes não estão centradas apenas no currículo de formação profissional, ou na leitura dos livros didáticos, nem tampouco nas estratégias pedagógicas, porém incluem-se a esses saberes a construção dos conhecimentos experimentados ou vividos ao longo de sua vida, aos saberes construídos na realidade social da qual participa o docente, da realidade do sistema escolar, do saber da experiência, enfim a construção se faz com todos os “arranjos” que a sociedade expõe o docente/educador acompanhado de reflexões crítico-analíticas.

Metodologia de discretização espacial para o método radial de interpolação por pontos (RPIM) aplicada para solução numérica das equações de Maxwell

Neste trabalho, foi desenvolvido e implementado um método de discretização espacial baseado na lei de Coulomb para geração de pontos que possam ser usados em métodos meshless para solução das equações de Maxwell. Tal método aplica a lei de Coulomb para gerar o equilíbrio espacial necessário para gerar alta qualidade de discretização espacial para um domínio de análise. Este método é denominado aqui de CLDM (Coulomb Law Discretization Method ) e é aplicado a problemas bidimensionais. Utiliza-se o método RPIM (Radial Point Interpolation Method) com truncagem por UPML (Uniaxial Perfectlly Matched Layers) para solução das equações de Maxwell no domínio do tempo (modo TMz).

Linearização dos coeficientes de reflexão de ondas qP em meios anisotrópicos

Os coeficientes de reflexão de onda qP em uma interface plana que separa dois meios anisotrópicos dependem dos parâmetros elásticos dos meios envolvidos de maneira não linear. Aproximações lineares para a refletividade de ondas qP pressupondo fraco contraste de impedância e fraca anisotropia levam a uma forma simples para se fazer à análise de AVO/AVD. Neste trabalho a solução das equações de Zoeppritz é rescrita explicitamente em função de matrizes de impedância e polarização. Além disso, utilizando-se esta abordagem, é apresentada uma metodologia geral mais simples para se obter as formas linearizadas. Estas formas linearizadas para os coeficientes de reflexão da onda qP e das ondas convertidas para uma onda qP incidente apresentam resultados muito próximos da formulação exata para ângulos de incidência menores que 30° considerando-se um contraste de impedância moderado e anisotropia em limites geologicamente aceitáveis.

Estimativa de parâmetros elásticos em meios anisotrópicos

As medidas de amplitude, polarização e vagarosidade contem informações sobre o meio onde a propagação de onda ocorre. Esta tese investiga esses dados com objetivo de estimar as propriedades elásticas deste meio. Coeficientes de reflexão podem ser estimados das amplitudes dos dados e dependem de forma não linear dos contrastes dos parâmetros elásticos e do contraste de densidade entre os meios separados por uma interface. Quando o contraste de impedância é fraco, as aproximações lineares para a refletividade qP são mais convenientes para inversão da densidade e dos parâmetros elásticos usando as análises de amplitude versus ângulo de incidência (AVO) e amplitude versus a direção do plano de incidência (AVD). Escrevendo as equações de Zoepprittz de forma separada nos permite escrever uma solução destas equações em termos das matrizes de impedância e polarização. Usando esta solução são determinadas aproximações lineares para a refletividade da onda qP considerando fraco contraste de impedância, fraca anisotropia mas com classe de simetria de arbitrária. As linearizações são avaliadas para diferentes geometrias de aquisição e várias escolhas do meio de referência. Estas aproximações apresentam bom desempenho comparado com o valor exato do coeficiente de reflexão da onda qP e de suas ondas convertidas para incidências de até 30° e meios que obedecem à hipótese de fraca anisotropia. Um conjunto de fraturas orientado é representado efetivamente por um meio transversalmente isotrópico (TI), as aproximações lineares da refletividade da onda qP podem ser usadas para estimar a orientação de fratura. Partindo deste pressuposto este problema consiste em estimar a orientação do eixo de simetria a partir de dados de refletividade de onda qP. Este trabalho mostra que são necessários múltiplos azimutes e múltiplas incidências para se obter uma estimativa estável. Também é mostrado que apenas os coeficientes das ondas qS e qT são sensíveis ao mergulho da fratura. Foi investigada a estimativa da anisotropia local através de dados de VSP multiazimutal dos vetores de polarização e vagarosidade. Foram usadas medidas da componente vertical do vetor de vagarosidade e o vetor de polarização de ondas qP diretas e refletidas. O esquema de inversão é validado através de exemplos sintéticos considerando diferentes escolhas do vetor normal à frente de onda no meio de referência, meios de referências e geometria de aquisição. Esta análise mostra que somente um subgrupo dos parâmetros elástico pode ser estimado. Uma importante aplicação desta metodologia é o seu potencial para a determinação de classes de anisotropia. A aplicação desta metodologia aos dados do mar de Java mostra que os modelos isotrópicos e TIV são inadequados para o ajuste desses dados.

Migração por equação de onda em meios anisotrópicos com correção de amplitude

Este trabalho discute dois aspectos da migração em profundidade através da continuação para baixo dos campos de onda: o tratamento de modos evanescentes e a correção da amplitude dos eventos migrados. Estes dois aspectos são discutidos em meios isotrópicos e para uma classe de meios anisotrópicos. Migrações por diferenças finitas (FD) e por diferenças finitas e Fourier (FFD) podem ser instáveis em meios com forte variação lateral de velocidade. Estes métodos utilizam aproximações de Padé reais para representar o operador que descreve a propagação de ondas descendentes. Estas abordagens não são capazes de tratar corretamente os modos evanescentes, o que pode levar à instabilidades numéricas em meios com forte variação lateral de velocidade. Uma solução possível para esse problema é utilizar aproximação de Padé complexa, que consegue melhor representar os modos evanescentes associados às reflexões pós-críticas, e neste trabalho esta aproximação é utilizada para obter algoritmos FD e híbrido FD/FFD estáveis para migração em meios transversalmente isotrópicos com eixo de simetria vertical (VTI), mesmo na presença de forte variação nas propriedades elásticas do meio. A estabilidade dos algoritmos propostos para meios VTI foi validada através da resposta ao impulso do operador de migração e pela sua aplicação na migração de dados sintéticos, em meios fortemente heterogêneos. Métodos de migração por equação de onda em meios heterogêneos não tratam corretamente a amplitude dos eventos durante a propagação. As equações de onda unidirecionais tradicionais descrevem corretamente apenas a parte cinemática da propagação do campo de onda. Assim, para uma descrição correta das amplitudes deve-se usar as equações de onda unidirecionais de amplitude verdadeira. Em meios verticalmente heterogêneos, as equações de onda unidirecionais de amplitude verdadeira podem ser resolvidas analiticamente. Em meios lateralmente heterogêneos, essas equações não possuem uma solução analítica. Mesmo soluções numéricas tendem a ser instáveis. Para melhorar a compensação de amplitude na migração, em meios com variação lateral de velocidade, é proposto uma aproximação estável para solução da equação de onda unidirecional de amplitude verdadeira. Esta nova aproximação é implementada nas migrações split-step e diferenças finitas e Fourier (FFD). O algoritmo split-step com correção de amplitude foi estendido para meios VTI. A migração pré e pós-empilhamento de dados sintéticos, em meios isotrópicos e anisotrópicos, confirmam o melhor tratamento das amplitudes e estabilidade dos algoritmos propostos.

Inversão gravimétrica rápida do relevo do embasamento aplicando o funcional da variação total

Apresentamos um novo método de inversão linear bidimensional de dados gravimétricos produzidos por bacias sedimentares com relevo do embasamento descontínuo. O método desenvolvido utiliza um modelo interpretativo formado por um conjunto de fitas horizontais bidimensionais justapostas cujas espessuras são os parâmetros a serem estimados. O contraste de densidade entre o embasamento e os sedimentos é presumido constante e conhecido. As estimativas das espessuras foram estabilizadas com o funcional da Variação Total (VT) que permite soluções apresentando descontinuidades locais no relevo do embasamento. As estimativas do relevo são obtidas através da resolução de um sistema de equações lineares, resolvido na norma L₁. Como métodos lineares subestimam as estimativas de profundidade do embasamento de bacias maiores que cerca de 500 m, amplificamos as estimativas de profundidade através da modificação da matriz associada ao modelo interpretativo de fitas. As estimativas obtidas através deste procedimento são em geral ligeiramente superestimadas. Desse modo, elas são corrigidas através de uma correção definida pela expressão da placa Bouguer. Testes em dados sintéticos e reais produziram resultados comparáveis aos produzidos pelo método não linear, mas exigiram menor tempo computacional. A razão R entre os tempos exigidos pelo método não linear e o método proposto cresce com o número de observações e parâmetros. Por exemplo, para 60 observações e 60 parâmetros, R é igual a 4, enquanto para 2500 observações e 2500 parâmetros R cresce para 16,8. O método proposto e o método de inversão não linear foram aplicados também em dados reais do Steptoe Valley, Nevada, Estados Unidos, e da ponte do POEMA, no Campus do Guamá em Belém, produzindo soluções similares às obtidas com o método não linear exigindo menor tempo computacional.