Modelagem matemática determinística do fluxo do tráfego veicular

Nesta dissertação consideramos duas abordagens para o tráfego de veículos: a macroscópica e a microscópica. O tráfego é descrito macroscopicamente por três grandezas físicas interligadas entre si, a saber, a velocidade, a densidade e o fluxo, descrevendo leis de conservação do número de veículos. Há vários modelos para o tráfego macroscópico de veículos. A maioria deles trata o tráfego de veículos como um fluido compressível, traduzindo a lei de conservação de massa para os veículos e requer uma lei de estado para o par velocidade-densidade, estabelecendo uma relação entre eles. Já o modelo descrito pela abordagem microscópica considera os veículos como partículas individuais. Consideramos os modelos da classe "car - following". Estes modelos baseiam-se no princípio de que o (n - 1)-ésimo veículo (denominado de "following-car") acelera em função do estímulo que recebe do n-ésimo veículo. Analisamos a equação de conservação do número de veículos em modelos macroscópicos para fluxo de tráfego. Posteriormente resolvemos esta equação através da linearização do modelo, estudando suas retas características e apresentamos a resolução do problema não linear em domínios limitados utilizando o método das características

Uma Simulação computacional do passeio aleatório simples

Em 1828 foi observado um fenômeno no microscópio em que se visualizava minúsculos grãos de pólen mergulhados em um líquido em repouso que mexiam-se de forma aleatória, desenhando um movimento desordenado. A questão era compreender este movimento. Após cerca de 80 anos, Einstein (1905) desenvolveu uma formulação matemática para explicar este fenômeno, tratado por movimento Browniano, teoria cada vez mais desenvolvida em muitas das áreas do conhecimento, inclusive recentemente em modelagem computacional. Objetiva-se pontuar os pressupostos básicos inerentes ao passeio aleatório simples considerando experimentos com e sem problema de valor de contorno para melhor compreensão ao no uso de algoritmos aplicados a problemas computacionais. Foram explicitadas as ferramentas necessárias para aplicação de modelos de simulação do passeio aleatório simples nas três primeiras dimensões do espaço. O interesse foi direcionado tanto para o passeio aleatório simples como para possíveis aplicações para o problema da ruína do jogador e a disseminação de vírus em rede de computadores. Foram desenvolvidos algoritmos do passeio aleatório simples unidimensional sem e com o problema do valor de contorno na plataforma R. Similarmente, implementados para os espaços bidimensionais e tridimensionais,possibilitando futuras aplicações para o problema da disseminação de vírus em rede de computadores e como motivação ao estudo da Equação do Calor, embora necessita um maior embasamento em conceitos da Física e Probabilidade para dar continuidade a tal aplicação.

Localização em poço quântico de Ga_(1-x)Al_(x)AsGaAs com campo magnético inclinado intenso

Nesta dissertação, apresentamos resultados da análise de um gás de elétrons bidimensional, confinado em um poço quântico parabólico de Ga_(1-x)Al_(x)As com campo magnético aplicado inclinado e intenso. Mostramos uma solução analítica exata para o caso de um gás de elétrons não interagente e provamos que o fator de Landé efetivo g*, que neste caso varia com a posição devido à própria variação da concentração de Al na liga GaAlAs, também contribui com um termo parabólico nas frequências normais, tornando-as dependente do spin. O termo normal do splitting Zeeman aparece, no entanto, com um fator g dado por aquele do GaAs. Indo além desse tratamento, incluímos um campo elétrico externo, aplicado paralelamente a direção de crescimento, de modo a modular a distribuição de cargas dentro do poço, e com isso controlar externamente os efeitos dos cruzamentos dos níveis. Calculamos numericamente os níveis de energia no poço parabólico quântico, variando o campo magnético aplicado e a inclinação do campo.

Avaliação de modelos de permeabilidade em meios porosos não consolidados

As simulações computacionais tem sido amplamente empregadas no estudo do escoamento darciano e não-darciano em meios porosos consolidados e não-consolidados. Neste trabalho, através de uma nova formulação para a equação de Forchheimer, foram identificadas duas novas propriedades denominados fator de comportamento do fluido, que atua paralelamente a permeabilidade, e permeabilidade equivalente global, resultado da relação anterior. Este comportamento foi estudado e validado através da implementação de um aparato experimental e um código computacional baseado no modelo de regressão-linear que, além disso, demonstrou que o escoamento, ainda que em regime não darciano, comporta-se linearmente como a equação de Darcy, ainda que o coeficiente angular desta diminuiu de acordo com a faixa do número de Reynolds atingida, sendo esta dependente do tipo de leito empregado. Ainda neste trabalho, foi implementado o método de otimização R2W para estimar os parâmetros da equação de Kozeny-Carman a partir de dados experimentais obtidos por Dias et al, a fim de simular o escoamento darciano em meios porosos. Por fim, foi alcançada excelente concordância entre os dados simulados pelo método R2W / equação de Kozeny-Carman e os dados reais.

Experimentos numéricos para deposição de parafinas com modelo Multisólido

Este trabalho objetiva a construção de estruturas robustas e computacionalmente eficientes para a solução do problema de deposição de parafinas do ponto de vista do equilíbrio sólido-líquido. São avaliados diversos modelos termodinâmicos para a fase líquida: equação de estado de Peng-Robinson e os modelos de coeficiente de atividade de Solução Ideal, Wilson, UNIQUAC e UNIFAC. A fase sólida é caracterizada pelo modelo Multisólido. A previsão de formação de fase sólida é inicialmente prevista por um teste de estabilidade termodinâmica. Posteriormente, o sistema de equações não lineares que caracteriza o equilíbrio termodinâmico e as equações de balanço material é resolvido por três abordagens numéricas: método de Newton multivariável, método de Broyden e método Newton-Armijo. Diversos experimentos numéricos foram conduzidos de modo a avaliar os tempos de computação e a robustez frente a diversos cenários de estimativas iniciais dos métodos numéricos para os diferentes modelos e diferentes misturas. Os resultados indicam para a possibilidade de construção de arcabouços computacionais eficientes e robustos, que podem ser empregados acoplados a simuladores de escoamento em dutos, por exemplo.

Desinvisibilizando os fazeressaberes das criançaspraticantes no cotidiano da oficina Corpo, Cor e Sabor

Esta tese, tecida e (com)partilhada no cotidiano da oficina Corpo, Cor e Sabor, no Núcleo de Arte Leblon Centro de Pesquisa em Formação em Ensino Escolar de Arte e Esporte da Secretaria Municipal de Educação do Rio de Janeiro, com crianças do 3 ano do ensino fundamental, defende a ideia de que as criançaspraticantes, desse espaçotempo escolar, possuem uma pluralidade de conhecimentos em alimentação, nutrição e saúde que precisam ser levados em consideração quando se pensa em produzir conhecimentos e instrumentos no campo da educação alimentar e nutricional. Tem, portanto, como objetivo principal desinvisibilizar os fazeressaberes dessas criançaspraticantes, além de conhecer os modos de aprenderensinar por elas valorizados e suas redes de valores e crenças frente ao tema. No seu percurso políticoteóricoepistemológicometodológico apoia-se nas artes de fazer dos praticantes ordinários apresentadas por Michel de Certeau, nos movimentos da pesquisa nosdoscom os cotidianos organizados por Nilda Alves de Oliveira, no Pensamento Complexo de Edgar Morin, no Paradigma Indiciário delineado por Carlo Ginzburg, na Sociologia das Ausências e das Emergências propostas por Boaventura de Sousa Santos, nos Currículos pensadospraticados tecidos por Inês Barbosa de Oliveira e na inteireza da práticateoria de Paulo Freire. Os fazeressaberes das criançaspraticantes são desinvisibilizados, e tornados credíveis, em sete narrativas das experiênciaspráticas do cotidiano da oficina, confirmando a hipótese da tese de que há uma constelação de conhecimentos em alimentação, nutrição e saúde, tecidos e compartilhados, cotidianamente, pelas criançaspraticantes, que não podem, de maneira alguma, ser negligenciados por pesquisadoresprofessores do campo da educacional alimentar e nutricional comprometidos com um presente não desperdiçado e com um futuro de possibilidades. Um futuro com mais saberes, cores, cheiros e sabores

Por entre histórias e memórias: caminhos do curso de formação de professores do Colégio Estadual Trasilbo Filgueiras (19841985)

A presente dissertação centra-se na investigação das memórias e histórias da criação do Curso de Formação de Professores em nível médio, do Colégio Estadual Trasilbo Filgueiras, localizado no bairro Jardim Catarina, no município de São Gonçalo. O recorte temporal da pesquisa concentra-se no início da oferta do referido curso os anos de 1984 e 1985. A partir de um enfoque metodológico de natureza qualitativa, buscamos em fontes documentais - arquivo permanente da instituição escolar e impressos do Jornal O SÃO GONÇALO -, em diálogo com fontes orais - narrativas dos/as moradores/as, professoras, funcionários/as e alunas egressas - indícios (GINZBURG, 1989) das histórias vividas neste espaço formativo. As questões que este trabalho de investigação se propõe a discutir são: Por que foi criado o Curso de Formação de Professores no Colégio Estadual Trasilbo Filgueiras? Que narram os sujeitos da pesquisa sobre a criação do curso na instituição? A relação memória e história são compreendidas a partir de Benjamim (1996) e Nunes (2003), em uma perspectiva de que passado é entendido como tempo presente ao ser rememorado. A escala de análise (REVEL, 1998) é utilizada como ferramenta reflexiva da interação entre os diferentes sujeitos sociais. Sujeitos sociais que cotidianamente, no âmbito da esfera local e global, constroem os processos históricos mediante suas práticas culturais, relações sociais e modos de vida. A pesquisa justifica-se pela necessidade da reflexão, da rememoração e valorização das memórias escolares e da história da formação de professores no município de São Gonçalo, com vistas ao fortalecimento das instituições públicas que a desenvolvem. Palavras-chave: Curso

Um estudo de caso envolvendo a retroanálise de tensões residuais de cravação.

As tensões residuais de cravação ocorrem quando a estaca e o solo não são totalmente descomprimidos após dissipação completa da energia transferida à estaca durante sua instalação. Este assunto tem merecido a atenção de vários pesquisadores, uma vez que a presença das tensões residuais na estaca causa uma alteração no seu comportamento quando carregada. A presente dissertação reuniu estudos anteriores que estabeleceram os principais fatores que influenciam as tensões residuais de cravação. Procurou-se executar uma série de simulações objetivando melhor entender o desenvolvimento das tensões residuais com a porcentagem de resistência de ponta, em continuidade aos estudos de Costa (1994). Costa (1994) observou que a porcentagem de carga na ponta é um fator relevante na avaliação das tensões residuais de cravação. Uma análise paramétrica efetuada confirmou estudos anteriores, verificando que a razão entre a carga residual na ponta em relação à capacidade de carga global cresce, a medida que a porcentagem de carga na ponta aumenta, chegando a um valor máximo para, em seguida, diminuir. Este comportamento é similar ao da curva de compactação do solo, quando, ao aumentar a umidade, o peso específico seco aumenta, até um valor máximo, correspondente à umidade ótima, para em seguida reduzir. Verificouse, ainda, semelhantemente ao aumento da energia de compactação, que vai transladando a curva para cima e para à esquerda do gráfico umidade x peso específico seco, que o aumento do comprimento da estaca apresenta um comportamento similar. O aumento do comprimento leva a curva para cima e para a esquerda. Finalmente, selecionou-se um caso de obra com condições propícias para o desenvolvimento de altas tensões residuais de cravação. Trata-se de um caso de estacas metálicas longas, embutidas em solo residual jovem, de elevada resistência, bem documentado com extensa instrumentação, por ocasião da instalação. A retroanálise de cinco estacas do banco de dados mostrou que as cargas residuais previstas, num programa de simulação de cravação, se aproximaram muito dos valores experimentais. Foi observado também que a profundidade do ponto neutro previsto e medido apresentou uma excelente concordância. O resultado mais relevante desta pesquisa foi quando os valores de porcentagem de ponta foram introduzidos no eixo das abscissas e os valores da razão entre a carga residual na ponta e a capacidade de carga global, no eixo das ordenadas, e se observou o aspecto da curva semelhante à de compactação. A dissertação ilustra ser possível e simples a previsão das tensões residuais de cravação através de uma análise pela equação da onda.

Implementação paralelizada de métodos de resolução de sistemas algébricos na simulação de reservatórios de gás

Desde a década de 1960, devido à pertinência para a indústria petrolífera, a simulação numérica de reservatórios de petróleo tornou-se uma ferramenta usual e uma intensa área de pesquisa. O principal objetivo da modelagem computacional e do uso de métodos numéricos, para a simulação de reservatórios de petróleo, é o de possibilitar um melhor gerenciamento do campo produtor, de maneira que haja uma maximização na recuperação de hidrocarbonetos. Este trabalho tem como objetivo principal paralelizar, empregando a interface de programação de aplicativo OpenMP (Open Multi-Processing), o método numérico utilizado na resolução do sistema algébrico resultante da discretização da equação que descreve o escoamento monofásico em um reservatório de gás, em termos da variável pressão. O conjunto de equações governantes é formado pela equação da continuidade, por uma expressão para o balanço da quantidade de movimento e por uma equação de estado. A Equação da Difusividade Hidráulica (EDH), para a variável pressão, é obtida a partir deste conjunto de equações fundamentais, sendo então discretizada pela utilização do Método de Diferenças Finitas, com a escolha por uma formulação implícita. Diferentes testes numéricos são realizados a fim de estudar a eficiência computacional das versões paralelizadas dos métodos iterativos de Jacobi, Gauss-Seidel, Sobre-relaxação Sucessiva, Gradientes Conjugados (CG), Gradiente Biconjugado (BiCG) e Gradiente Biconjugado Estabilizado (BiCGStab), visando a uma futura aplicação dos mesmos na simulação de reservatórios de gás. Ressalta-se que a presença de heterogeneidades na rocha reservatório e/ou às não-linearidades presentes na EDH para o escoamento de gás aumentam a necessidade de métodos eficientes do ponto de vista de custo computacional, como é o caso de estratégias usando OpenMP.

Estimativa de fontes externas uniformes de nêutrons em regiões combustíveis para uma distribuição prescrita de potência

Projetos de reatores nucleares foram classificados em quatro gerações (Gen) pelo Departamento de Energia dos Estados Unidos da América (DOE), quando o DOE introduziu o conceito de reatores de geração IV (Gen IV). Reatores Gen IV são um conjunto de projetos de reator nuclear, em sua maioria teóricos, atualmente sendo pesquisados. Entre os projetos Gen IV, incluem-se os projetos dos ADS (Accelerator Driven Systems), que são sistemas subcríticos estabilizados por fontes externas estacionárias de nêutrons. Estas fontes externas de nêutrons são normalmente geradas a partir da colisão de prótons com alta energia contra os núcleos de metais pesados presentes no núcleo do reator, fenômeno que é conhecido na literatura como spallation, e os prótons são acelerados num acelerador de partículas que é alimentado com parte da energia gerada pelo reator. A criticalidade de um sistema mantido por reações de fissão em cadeia depende do balanço entre a produção de nêutrons por fissão e a remoção por fuga pelos contornos e absorção de nêutrons. Um sistema está subcrítico quando a remoção por fuga e absorção ultrapassa a produção por fissão e, portanto, tende ao desligamento. Entretanto, qualquer sistema subcrítico pode ser estabilizado pela inclusão de fontes estacionárias de nêutrons em seu interior. O objetivo central deste trabalho é determinar as intensidades dessas fontes uniformes e isotrópicas de nêutrons, que se deve inserir em todas as regiões combustíveis do sistema, para que o mesmo estabilize-se gerando uma distribuição prescrita de potência elétrica. Diante do exposto, foi desenvolvido neste trabalho um aplicativo computacional em linguagem Java que estima as intensidades dessas fontes estacionárias de nêutrons, que devem ser inseridas em cada região combustível para que estabilizem o sistema subcrítico com uma dada distribuição de potência definida pelo usuário. Para atingir este objetivo, o modelo matemático adotado foi a equação unidimensional de transporte de nêutrons monoenergéticos na formulação de ordenadas discretas (SN) e o convencional método de malha fina diamond difference (DD) foi utilizado para resolver numericamente os problemas SN físicos e adjuntos. Resultados numéricos para dois problemas-modelos típicos são apresentados para ilustrar a acurácia e eficiência da metodologia proposta.

A study of capacitance-voltage characteristics of lead zirconate titanate ferroelectric thin films and their usage to investigate polarization and coercive field.

Capacitance-voltage (C-V) characteristics of lead zirconate titanate (PZT) thin films with a thickness of 130 nm were measured between 300 and 533 K. The transition between ferroelectric and paraelectric phases was revealed to be of second order in our case, with a Curie temperature at around 450 K. A linear relationship was found between the measured capacitance and the inverse square root of the applied voltage. It was shown that such a relationship could be fitted well by a universal expression of C/A = k(V+V(0))(-1/2) and that this expression could be derived by expanding the Landau-Devonshire free energy at an effective equilibrium position of the Ti/Zr ion in a PZT unit cell. By using the derived equations in this work, the free energy parameters for an individual material can be obtained solely from the corresponding C-V data, and the temperature dependences of both remnant polarization and coercive voltage are shown to be in quantitative agreement with the experimental data.

Single-particle probing of edge-state formation in a graphene nanoribbon

We investigate the effect of a perpendicular magnetic field on the single-particle charging spectrum of a graphene quantum dot embedded inline with a nanoribbon. We observe uniform shifts in the single-particle spectrum which coincide with peaks in the magnetoconductance, implicating Landau level condensation and edge state formation as the mechanism underlying magnetic field-enhanced transmission through graphene nanostructures. The experimentally determined ratio of bulk to edge states is supported by single-particle band-structure simulations, while a fourfold beating of the Coulomb blockade transmission amplitude points to many-body interaction effects during Landau level condensation of the ν=0 state. © 2012 American Physical Society.

Magnetophonon resonance in graphite: High-field Raman measurements and electron-phonon coupling contributions

We perform Raman scattering experiments on natural graphite in magnetic fields up to 45 T, observing a series of peaks due to interband electronic excitations over a much broader magnetic field range than previously reported. We also explore electron-phonon coupling in graphite via magnetophonon resonances. The Raman G peak shifts and splits as a function of magnetic field, due to the magnetically tuned coupling of the E 2g optical phonons with the K- and H-point inter-Landau-level excitations. The analysis of the observed anticrossing behavior allows us to determine the electron-phonon coupling for both K- and H-point carriers. In the highest field range (>35 T) the G peak narrows due to suppression of electron-phonon interaction. © 2012 American Physical Society.

Effects of electron-electron interactions on the electronic Raman scattering of graphite in high magnetic fields

We report the observation of strongly temperature (T)-dependent spectral lines in electronic Raman-scattering spectra of graphite in a high magnetic field up to 45 T applied along the c axis. The magnetic field quantizes the in-plane motion, while the out-of-plane motion remains free, effectively reducing the system dimension from 3 to 1. Optically created electron-hole pairs interact with, or shake up, the one-dimensional Fermi sea in the lowest Landau subbands. Based on the Tomonaga-Luttinger liquid theory, we show that interaction effects modify the spectral line shape from (ω-Δ)-1/2 to (ω-Δ)2α-1/2 at T = 0. At finite T, we predict a thermal broadening factor that increases linearly with T. Our model reproduces the observed T-dependent line shape, determining the electron-electron interaction parameter α to be ∼0.05 at 40 T. © 2014 American Physical Society.