Onde gravitazionali - teoria e rivelazione

Nel redarre la tesi si è perseguito l'intento di illustrare la teoria alla base delle onde gravitazionali e dei metodi che ne consentono la rivelazione. È bene tenere presente che con il seguente elaborato non si sta proponendo, in alcun modo, una lettura da sostituire ad un testo didattico. Pur tuttavia, si è cercato di presentare gli argomenti in maniera tale da emulare l'itinerario formativo di uno studente che, per la prima volta, si approcci alle nozioni, non immediatamente intuitive, ivi descritte. Quindi, ogni capitolo è da interpretarsi come un passo verso la comprensione dei meccanismi fisici che regolano produzione, propagazione ed infine rivelazione delle perturbazioni di gravità. Dopo una concisa introduzione, il primo capitolo si apre con il proposito di riepilogare i concetti basilari di geometria differenziale e relatività generale, gli stessi che hanno portato Einstein ad enunciare le famose equazioni di campo. Nel secondo si introduce, come ipotesi di lavoro standard, l'approssimazione di campo debole. Sotto questa condizione al contorno, per mezzo delle trasformazioni dello sfondo di Lorentz e di gauge, si manipolano le equazioni di Einstein, ottenendo la legge di gravitazione universale newtoniana. Il terzo capitolo sfrutta le analogie tra equazioni di campo elettromagnetiche ed einsteiniane, mostrando con quanta naturalezza sia possibile dedurre l'esistenza delle onde gravitazionali. Successivamente ad averne elencato le proprietà, si affronta il problema della loro propagazione e generazione, rimanendo sempre in condizioni di linearizzazione. È poi la volta del quarto ed ultimo capitolo. Qui si avvia una dissertazione sui processi che acconsentono alla misurazione delle ampiezze delle radiazioni di gravità, esibendo le idee chiave che hanno condotto alla costruzione di interferometri all'avanguardia come LIGO. Il testo termina con uno sguardo alle recenti scoperte e alle aspettative future.

Processi di trasporto conservativo in acque sotterranee ed interpretazione di esperimenti a scala di laboratorio

Preservare la qualita delle acque sotterranee e di primaria importanza nel contesto della gestione delle risorse idriche. Al fine di interpretare in modo corretto i processi di trasporto di contaminanti all'interno di mezzi porosi saturi, e utile analizzare esperimenti a scala di laboratorio, in cui le condizioni al contorno e iniziali sono sufficientemente controllate. In questo lavoro, si e interpretato un esperimento di trasporto conservativo presente in letteratura, al fine di valutare l'accuratezza di un modello advettivo-dispersivo e di individuare tecniche appropriate per la stima dei parametri chiave del modello stesso.

Il modello di Ising

L'elaborato fornisce una introduzione al modello di Ising, utilizzato nello studio delle transizioni di fase tra la fase ferromagnetica e quella paramagnetica dei materiali. Nella prima parte viene trattato il modello unidimensionale, di cui viene esposta la soluzione esatta attraverso l'utilizzo delle matrici di trasferimento, dimostrando quindi l'inesistenza di una transizione di fase a temperature finite non nulle. Vengono calcolate le funzioni termodinamiche e se ne dimostra l'indipendenza dalle condizioni al contorno nel limite termodinamico.Viene proposta infine una spiegazione qualitativa del comportamento microscopico, attraverso la lunghezza di correlazione. Nella seconda parte viene trattato il caso a due dimensioni. Inizialmente viene determinata la temperatura critica per reticoli quadrati, attraverso il riconoscimento della presenza di una relazione di dualita tra l'espansione per alte e per basse temperature della funzione di partizione. Successivamente si fornisce la soluzione esatta attraverso una versione modificata del procedimento, originariamente ideato da L.Onsager, di cui e proposta una traccia della dimostrazione. Viene infine brevemente discussa l'importanza che questo risultato ebbe storicamente nella fisica delle transizioni di fase.

Derivazione di un meccanismo con amplificazione inerziale per lo smorzamento delle vibrazioni

Questa Tesi si occupa di una derivazione di un meccanismo con amplificazione inerziale per lo smorzamento delle vibrazioni, il quale è stato usato come un meccanismo costituente di un oscillatore semplice, ovvero di un modello matematico fondamentale su cui è basata la dinamica strutturale, aumentandogli notevolmente la sua complessità geometrica. Viene studiata la risposta dinamica ottenuta dall’analisi armonica, in quanto lo stesso è soggetto alla forzante passiva. Lo studio del comportamento dinamico ingloba un percorso, il quale parte dalla descrizione matematica dell’equilibrio dinamico, nonché delle condizioni al contorno, tramite l’uso di analisi matriciale delle strutture e del calcolo complesso, e si conclude, derivando le grandezze cinematiche e dinamiche, necessarie affinché si possa determinare, in un modo chiaro e privo di ambiguità, lo stato del sistema dinamico. Il passo successivo risiede nell’analisi analitica e numerica dei risultati ottenuti e anche della visualizzazione grafica ed interpretazione degli stessi. Affinché i risultati possano essere considerati validi, occorre che gli stessi passino la procedura di validazione tramite l’uso degli esempi numerici. Successivamente, i risultati validati vengono confrontati con la stessa tipologia dei risultati derivati per gli oscillatori classici o gli oscillatori di riferimento, il quale comportamento è già noto nell’ambito della dinamica strutturale. La Tesi procede con l’applicazione pratica degli oscillatori per lo smorzamento delle vibrazioni. In particolare si studia la loro capacità di alterare la risposta dinamica complessiva del sistema di cui fanno parte, rispetto al caso in cui la stessa struttura è priva di essi. In fine la Tesi si conclude, mettendo in evidenza i vantaggi e gli svantaggi dell’oscillatore dotato di un meccanismo con amplificazione inerziale rispetto agli altri oscillatori classici.

Valutazione numerica del numero di Nusselt per una regione di ingresso termico

L’idea di questa tesi è nata dalla volontà di verificare il lavoro svolto come oggetto di studio di illustri scienziati che si prefissero come traguardo la risoluzione di questo problema, che aveva come obiettivo la comprensione, la previsione e l’ottimizzazione dei fenomeni legati allo scambio termico convettivo attraverso le svariate geometrie di superficie. Gli steps per il raggiungimento dello scopo oggetto di questa tesi, pertanto, possono essere così riassunti: 1. definizione di una corretta metodologia di calcolo dei campi fluidodinamico e termico, per un condotto piano infinitamente lungo, in condizioni di completo sviluppo; 2. dimostrazione della fattibilità di un’ottimizzazione di tale geometria, tramite l’utilizzo del software Mathematica; 3. trovare l’andamento del numero di Nusselt e verificare se il risultato ottenuto coincide con il risultato che si trova in letteratura relativamente al caso studiato. Da quanto ottenuto mediante i calcoli realizzati con il software Mathematica possiamo concludere che l’andamento del numero di Nusselt, ottenuto tenendo conto delle condizioni al contorno di tipo T in un condotto con pareti piane infinitamente lungo, ci dimostrano che i calcoli precedentemente effettuati sono corretti in quanto corrispondo ai risultati presenti in letteratura.

Studio del campo di velocità per fluidi in moto laminare all'interno di condotti

Lo scopo di questa tesi è quello di ottenere una rappresentazione grafica del profilo di velocità di un fluido all’interno di un condotto. In particolare si studieranno le equazioni di bilancio facendo alcune ipotesi semplificative riguardo il moto del fluido. Si considererà un moto laminare in condizione di completo sviluppo dinamico e convezione forzata. Grazie a queste ipotesi si riuscirà ad ottenere un’equazione semplificata di Navier-Stokes, che permetterà di calcolare l’andamento della velocità all’interno di condotti con qualsiasi forma della sezione. In questo caso si confronterà il profilo di velocità di un condotto a sezione circolare con uno a sezione circolare forata come in uno scambiatore di calore a tubi concentrici. Per risolvere l’equazione di Navier-Stokes e stampare l’andamento delle velocità all’interno della sezione del condotto si è utilizzato il software “Mathematica”, che è stato appreso durante l’attività di tirocinio curriculare. Questo software offre un supporto notevole allo studio matematico di qualsiasi problema. Permette inoltre di avere un riscontro grafico dei risultati ottenuti, direttamente nell’interfaccia utilizzata per la stesura del codice. Per rappresentare il profilo di velocità sarà inoltre utilizzato il metodo degli elementi finiti all’interno di Mathematica, che permetterà di ottenere una soluzione più uniforme e vicina alla realtà. Il metodo degli elementi finiti (FEM) permette di semplificare lo studio del moto di un fluido, in quanto ci dà la possibilità di avere un sistema di equazioni algebriche che ne descrivono il moto, invece di equazioni differenziali e le sue relative condizioni al contorno. Sarà quindi brevemente descritto questo metodo che è stato di grande aiuto tramite l’implementazione della “mesh” su Mathematica.

Analisi spettrale di operatori differenziali

L'elaborato è finalizzato a presentare l'analisi degli operatori differenziali agenti in meccanica quantistica e la teoria degli operatori di Sturm-Liouville. Nel primo capitolo vengono analizzati gli operatori differenziali e le relative proprietà. Viene studiata la loro autoaggiunzione su vari domini con diverse condizioni al contorno e vengono tratte delle conclusioni sul loro significato come osservabili. Nel secondo capitolo viene presentato il concetto di spettro e vengono studiate le sue proprietà.Vengono poi analizzati gli spettri degli operatori precedentemente introdotti. Nell'utimo capitolo vengono presentati gli operatori di Sturm-Liouville e alcune proprietà delle equazioni differenziali. Vengono imposte delle specifiche condizioni al contorno che determinano la realizzazione dei sistemi di Sturm-Liouville, di cui vengono studiati due esempi notevoli: le guide d'onda e la conduzione del calore.

Maximum Principle for Elliptic and Parabolic Equations

Nel primo capitolo si riporta il principio del massimo per operatori ellittici. Sarà considerato, in un primo momento, l'operatore di Laplace e, successivamente, gli operatori ellittici del secondo ordine, per i quali si dimostrerà anche il principio del massimo di Hopf. Nel secondo capitolo si affronta il principio del massimo per operatori parabolici e lo si utilizza per dimostrare l'unicità delle soluzioni di problemi ai valori al contorno.