Deformed Gaussian-orthogonal-ensemble description of small-world networks

The study of spectral behavior of networks has gained enthusiasm over the last few years. In particular, random matrix theory (RMT) concepts have proven to be useful. In discussing transition from regular behavior to fully chaotic behavior it has been found that an extrapolation formula of the Brody type can be used. In the present paper we analyze the regular to chaotic behavior of small world (SW) networks using an extension of the Gaussian orthogonal ensemble. This RMT ensemble, coined the deformed Gaussian orthogonal ensemble (DGOE), supplies a natural foundation of the Brody formula. SW networks follow GOE statistics until a certain range of eigenvalue correlations depending upon the strength of random connections. We show that for these regimes of SW networks where spectral correlations do not follow GOE beyond a certain range, DGOE statistics models the correlations very well. The analysis performed in this paper proves the utility of the DGOE in network physics, as much as it has been useful in other physical systems.

Finding Quasi-Optimal Network Topologies for Information Transmission in Active Networks

This work clarifies the relation between network circuit (topology) and behaviour (information transmission and synchronization) in active networks, e.g. neural networks. As an application, we show how one can find network topologies that are able to transmit a large amount of information, possess a large number of communication channels, and are robust under large variations of the network coupling configuration. This theoretical approach is general and does not depend on the particular dynamic of the elements forming the network, since the network topology can be determined by finding a Laplacian matrix (the matrix that describes the connections and the coupling strengths among the elements) whose eigenvalues satisfy some special conditions. To illustrate our ideas and theoretical approaches, we use neural networks of electrically connected chaotic Hindmarsh-Rose neurons.

Quantum reflection: The invisible quantum barrier

We construct an invisible quantum barrier which represents the phenomenon of quantum reflection using available data on atom-wall and Bose-Einstein-condensate-wall reflection. We use the Abel equation to invert the data. The resulting invisible quantum barrier is double valued in both axes. We study this invisible barrier in the case of atom and Bose-Einstein condensate (BEC) reflection from a solid silicon surface. A time-dependent, one-spatial-dimension Gross-Pitaevskii equation is solved for the BEC case. We found that the BEC behaves very similarly to the single atom except for size effects, which manifest themselves in a maximum in the reflectivity at small distances from the wall. The effect of the atom-atom interaction on the BEC reflection and correspondingly on the invisible barrier is found to be appreciable at low velocities and comparable to the finite-size effect. The trapping of an ultracold atom or BEC between two walls is discussed.

Quantum mechanics as an approximation to classical mechanics in Hilbert space

Classical mechanics is formulated in complex Hilbert space with the introduction of a commutative product of operators, an antisymmetric bracket and a quasidensity operator that is not positive definite. These are analogues of the star product, the Moyal bracket, and the Wigner function in the phase space formulation of quantum mechanics. Quantum mechanics is then viewed as a limiting form of classical mechanics, as Planck's constant approaches zero, rather than the other way around. The forms of semiquantum approximations to classical mechanics, analogous to semiclassical approximations to quantum mechanics, are indicated.

Quantum chaos in atom optics

I shall discuss the quantum and classical dynamics of a class of nonlinear Hamiltonian systems. The discussion will be restricted to systems with one degree of freedom. Such systems cannot exhibit chaos, unless the Hamiltonians are time dependent. Thus we shall consider systems with a potential function that has a higher than quadratic dependence on the position and, furthermore, we shall allow the potential function to be a periodic function of time. This is the simplest class of Hamiltonian system that can exhibit chaotic dynamics. I shall show how such systems can be realized in atom optics, where very cord atoms interact with optical dipole potentials of a far-off resonance laser. Such systems are ideal for quantum chaos studies as (i) the energy of the atom is small and action scales are of the order of Planck's constant, (ii) the systems are almost perfectly isolated from the decohering effects of the environment and (iii) optical methods enable exquisite time dependent control of the mechanical potentials seen by the atoms.

Periodic electric field enhanced transport through membranes

We examine the mean flux across a homogeneous membrane of a charged tracer subject to an alternating, symmetric voltage waveform. The analysis is based on the Nernst-Planck flux equation, with electric field subject to time dependence only. For low frequency electric fields the quasi steady-state flux can be approximated using the Goldman model, which has exact analytical solutions for tracer concentration and flux. No such closed form solutions can be found for arbitrary frequencies, however we find approximations for high frequency. An approximation formula for the average flux at all frequencies is also obtained from the two limiting approximations. Numerical integration of the governing equation is accomplished by use of the numerical method of lines and is performed for four different voltage waveforms. For the different voltage profiles, comparisons are made with the approximate analytical solutions which demonstrates their applicability. (c) 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.

Idades e crescimento da cioba, Ocyururs chrysurus, da Costa Central do Brasil

A idade e o crescimento da cioba da costa central do Brasil foram estudados a partir de leituras de otólitos obtidos em amostragens mensais de desembarques comerciais, realizados nas cidades de Vitória e Vila Velha, entre os anos de 1998 e 1999. Através da análise do incremento marginal, foi verificada a formação anual de uma zona translúcida a partir do final do outono e durante o inverno. Foram observadas ciobas de 2 a 19 anos. Os comprimentos furcais (CF) médios retrocalculados variaram de 108 mm para idade 1 a 524 mm para idade 19. A equação de Von Bertalanffy ajustada aos CF médios retrocalculados foi CFt = 567,1 (1 - e -0.130 (t + 0.773)). A relação comprimento peso foi P = 2,68x10-5CF2.914, onde P = peso total em gramas. O crescimento é lento, com os incrementos anuais em peso aumentando gradativamente até atingir o máximo de 164 g entre as idades 7 e 8 anos. Os resultados deste trabalho indicam que a cioba tem longa expectativa de vida e baixas taxas de crescimento somático, características das espécies mais sensíveis à exploração pesqueira.

Substituição dos parâmetros do modelo de Green-Ampt-Mein-Larson para estimativa da infiltração em alguns solos do Brasil

A partir de uma análise detalhada do processo de infiltração de água no solo, foram propostas alternativas para adequação dos parâmetros de entrada do modelo de Green-Ampt-Mein-Larson (GAML), na tentativa de melhorar a eficiência da estimativa da infiltração em alguns solos brasileiros. As adequações consistiram em substituir a condutividade hidráulica do solo saturado (K0) pela taxa de infiltração estável (Tie) e o teor de água do solo saturado (qs) pelo teor de água na zona de transmissão (qw), além de estabelecer uma equação para estimativa do potencial matricial na frente de umedecimento (yf) com base nos parâmetros do modelo de curva de retenção de água de Brooks & Corey. Avaliou-se o desempenho do conjunto de adequações propostas (GAML-t) para estimativa da infiltração de água em três solos: Latossolo Vermelho-Amarelo, Latossolo Vermelho e Argissolo Vermelho. O desempenho do GAML-t foi comparado com o obtido pelo GAML aplicado em sua forma original e adequado segundo cinco diferentes formas, evidenciando-se que o primeiro obteve melhor desempenho nos três solos estudados.

Desenvolvimento e análise de uma rede neural artificial para estimativa da erosividade da chuva para o Estado de São Paulo

O conhecimento do valor da erosividade da chuva (R) de determinada localidade é fundamental para a estimativa das perdas de solo feitas a partir da Equação Universal de Perdas de Solo, sendo, portanto, de grande importância no planejamento conservacionista. A fim de obter estimativas do valor de R para localidades onde este é desconhecido, desenvolveu-se uma rede neural artificial (RNA) e analisou-se a acurácia desta com o método de interpolação "Inverso de uma Potência da Distância" (ID). Comparando a RNA desenvolvida com o método de interpolação ID, verificou-se que a primeira apresentou menor erro relativo médio na estimativa de R e melhor índice de confiança, classificado como "Ótimo", podendo, portanto, ser utilizada no planejamento de uso, manejo e conservação do solo no Estado de São Paulo.

Estudo do processo de secagem em leito de espuma de cenoura, tomate, beterraba e morango

Em geral, produtos agrícolas são produzidos em larga escala e essa produtividade cresce proporcionalmente ao seu consumo. Entretanto, outro fator também cresce de forma proporcional, as perdas pós-colheita, o que sugere a utilização de tecnologias para aumentar a utilização desses produtos mitigando o desperdício e aumentando sua a vida de prateleira. Além disso, oferecer o produto durante o período de entressafra. No presente trabalho, foi utilizado à tecnologia de secagem em leito de espuma aplicada a cenoura, beterraba, tomate e morango, produtos amplamente produzidos e consumidos no Brasil. Neste trabalho, os quatros produtos foram submetidos à secagem em leito de espuma em secador com ar circulado em temperaturas controladas de 40, 50, 60, 70 e 80 °C. A descrição da cinética de secagem foi realizada pelo ajuste de modelos matemáticos para cada temperatura do ar de secagem. Além disso, foi proposto um modelo matemático generalizado ajustado por regressão não linear. O modelo de Page obteve o melhor ajuste sobre os dados de secagem em todos os produtos testados, com um coeficiente de determinação (R²) superior a 98% em todas as temperaturas avaliadas. Além disso, foi possível modelar a influência da temperatura do ar sobre o parâmetro k do modelo de Page através da utilização de um modelo exponencial. O coeficiente de difusão efetiva aumentou com a elevação da temperatura, apresentando valores entre 10-8e 10-7 m².s-¹ para as temperaturas de processo. A relação entre o coeficiente de difusão efetiva e a temperatura de secagem pôde ser descrita pela equação de Arrhenius.

Comparação de desempenho entre a formulação direta do Método dos Elementos de Contorno com Funções Radiais e o Método dos Elementos Finitos em problemas de Poisson e Helmholtz

O presente trabalho objetiva avaliar o desempenho do MECID (Método dos Elementos de Contorno com Interpolação Direta) para resolver o termo integral referente à inércia na Equação de Helmholtz e, deste modo, permitir a modelagem do Problema de Autovalor assim como calcular as frequências naturais, comparando-o com os resultados obtidos pelo MEF (Método dos Elementos Finitos), gerado pela Formulação Clássica de Galerkin. Em primeira instância, serão abordados alguns problemas governados pela equação de Poisson, possibilitando iniciar a comparação de desempenho entre os métodos numéricos aqui abordados. Os problemas resolvidos se aplicam em diferentes e importantes áreas da engenharia, como na transmissão de calor, no eletromagnetismo e em problemas elásticos particulares. Em termos numéricos, sabe-se das dificuldades existentes na aproximação precisa de distribuições mais complexas de cargas, fontes ou sorvedouros no interior do domínio para qualquer técnica de contorno. No entanto, este trabalho mostra que, apesar de tais dificuldades, o desempenho do Método dos Elementos de Contorno é superior, tanto no cálculo da variável básica, quanto na sua derivada. Para tanto, são resolvidos problemas bidimensionais referentes a membranas elásticas, esforços em barras devido ao peso próprio e problemas de determinação de frequências naturais em problemas acústicos em domínios fechados, dentre outros apresentados, utilizando malhas com diferentes graus de refinamento, além de elementos lineares com funções de bases radiais para o MECID e funções base de interpolação polinomial de grau (um) para o MEF. São geradas curvas de desempenho através do cálculo do erro médio percentual para cada malha, demonstrando a convergência e a precisão de cada método. Os resultados também são comparados com as soluções analíticas, quando disponíveis, para cada exemplo resolvido neste trabalho.

Proposta de um algoritmo GPC adaptativo com baixo custo computacional

Esta dissertação propõe um algoritmo do Controlador Preditivo Generalizado (GPC) com horizonte de controle igual a um para ser aplicado em plantas industriais com modelos variantes no tempo, simples o su ficiente para ser implementado em Controlador Lógico Programável (PLC). A solução explícita do controlador é obtida em função dos parâmetros do modelo e dos parâmetros de sintonia do GPC (horizonte nal de predição hp e o fator de supressão do sinal de controle ), além das entradas e saídas presentes e passadas. A sintonia do fator de supressão e do horizonte de previsão GPC é feita através do lugar das raízes da equação característica do sistema em malha fechada, sempre que os parâmetros do modelo da planta industrial (estável ou instável em malha aberta) forem modificados.

Crescimento, produção e rendimento dos clones da variedade ‘Conilon Vitória’ em condições de déficit hídrico e irrigado

O Estado do Espírito Santo é o maior produtor de grãos de café conilon do Brasil. Devido aos trabalhos na seleção de plantas produtivas, os avanços na produtividade desta cultura são mais pronunciados com a utilização da técnica da irrigação. A utilização da irrigação na cafeicultura possibilita a adoção de novas tecnologias de plantio, expansão da área produtiva, uniformização da produção diminuindo os grãos chochos e mal granados, além de mitigar os problemas da deficiência hídrica nos períodos críticos da cultura. Diante do exposto, objetivou-se com este estudo, avaliar o crescimento, a produção e o rendimento dos treze clones da variedade de café ‘Conilon Vitória’, em condições de déficit hídrico e irrigado. O experimento foi instalado no ano de 2010 no Instituto Federal do Espírito Santo, Campus Alegre, em esquema de parcelas subdivididas 3 x 13, sendo nas parcelas o manejo de irrigação em três níveis (irrigado, irrigado com déficit hídrico de 50% e sem irrigação) e nas subparcelas os clones da variedade ‘Conilon Vitória’ em treze níveis, em um delineamento em blocos casualizados, com três repetições. Cada parcela experimental foi constituída por cinco plantas úteis. O manejo da irrigação adotado foi via clima, onde a ETo foi estimada por meio da equação de Hargreaves e Samani (1985). Os dados foram submetidos à análise de variância e as médias comparadas pelo teste de Tukey para comparações entre o fator manejo e Scott-Knott para comparações entre o fator clone. O crescimento dos ramos das plantas foi diferenciado em relação ao manejo de irrigação aplicado. Plantas sem irrigação apresentaram maiores picos de crescimento. Plantas irrigadas apresentaram menores picos de crescimento dos ramos, porém, com maior período de crescimento. A produtividade média de plantas irrigadas foi cerca de 474,5% superior a plantas sem irrigação. A produtividade média de plantas irrigadas com déficit hídrico de 50% foi cerca de 329,6 % superior a plantas sem irrigação. O rendimento entre plantas irrigadas e irrigadas com déficit hídrico de 50% não diferiu. Já plantas sem irrigação apresentaram menor rendimento em todos os clones. A irrigação influenciou no tamanho dos grãos, plantas irrigadas apresentaram maiores percentagens de grãos retidos em peneiras 13 e superiores. Já plantas sem irrigação apresentaram maiores percentagens de grãos retidos na fundagem.

Crescimento, produção e rendimento dos clones da variedade ‘Conilon Vitória’ em condições de déficit hídrico e irrigado

O Estado do Espírito Santo é o maior produtor de grãos de café conilon do Brasil. Devido aos trabalhos na seleção de plantas produtivas, os avanços na produtividade desta cultura são mais pronunciados com a utilização da técnica da irrigação. A utilização da irrigação na cafeicultura possibilita a adoção de novas tecnologias de plantio, expansão da área produtiva, uniformização da produção diminuindo os grãos chochos e mal granados, além de mitigar os problemas da deficiência hídrica nos períodos críticos da cultura. Diante do exposto, objetivou-se com este estudo, avaliar o crescimento, a produção e o rendimento dos treze clones da variedade de café ‘Conilon Vitória’, em condições de déficit hídrico e irrigado. O experimento foi instalado no ano de 2010 no Instituto Federal do Espírito Santo, Campus Alegre, em esquema de parcelas subdivididas 3 x 13, sendo nas parcelas o manejo de irrigação em três níveis (irrigado, irrigado com déficit hídrico de 50% e sem irrigação) e nas subparcelas os clones da variedade ‘Conilon Vitória’ em treze níveis, em um delineamento em blocos casualizados, com três repetições. Cada parcela experimental foi constituída por cinco plantas úteis. O manejo da irrigação adotado foi via clima, onde a ETo foi estimada por meio da equação de Hargreaves e Samani (1985). Os dados foram submetidos à análise de variância e as médias comparadas pelo teste de Tukey para comparações entre o fator manejo e Scott-Knott para comparações entre o fator clone. O crescimento dos ramos das plantas foi diferenciado em relação ao manejo de irrigação aplicado. Plantas sem irrigação apresentaram maiores picos de crescimento. Plantas irrigadas apresentaram menores picos de crescimento dos ramos, porém, com maior período de crescimento. A produtividade média de plantas irrigadas foi cerca de 474,5% superior a plantas sem irrigação. A produtividade média de plantas irrigadas com déficit hídrico de 50% foi cerca de 329,6 % superior a plantas sem irrigação. O rendimento entre plantas irrigadas e irrigadas com déficit hídrico de 50% não diferiu. Já plantas sem irrigação apresentaram menor rendimento em todos os clones. A irrigação influenciou no tamanho dos grãos, plantas irrigadas apresentaram maiores percentagens de grãos retidos em peneiras 13 e superiores. Já plantas sem irrigação apresentaram maiores percentagens de grãos retidos na fundagem.

Estimação da área foliar por método não destrutivo, utilizando medidas lineares das folhas de espécies de Passiflora

Objetivou-se, com este trabalho, desenvolver uma equação confiável, que possibilite calcular a área foliar de forma rápida e não destrutiva, utilizando medidas lineares da folha, para as diferentes espécies de Passiflora (P. alata, P. coccinea, P. gibertii, P. ligularis, P. misera, P. mucronata, P. nitida, P. setacea). Foram coletadas trezentas folhas, de diferentes tamanhos, de cada espécie. Realizaram-se análises de regressão da área foliar versus comprimento da nervura principal, maior largura da folha e o produto destas. A área foliar foi medida com um dispositivo de medição automática e as medidas lineares foram determinadas utilizando-se régua. O modelo linear escolhido, para todas as espécies, foi o que utiliza o produto das variáveis independentes, por apresentar maior coeficiente de determinação (R²) e maior significância do coeficiente de regressão. Os modelos apresentaram coeficiente de determinação ajustado superior a 0,927 e índice de desempenho ótimo, segundo a classificação de Camargo e Sentelhas. No processo de validação do modelo, mostrou-se que a correlação da área foliar medida com a área foliar observada foi muito alta. Os resultados obtidos neste estudo demonstram que a área foliar das espécies de Passifloras podem ser preditas, usando-se as determinações do comprimento e da largura das folhas.