As formulações baseadas na mecânica do contínuo, embora precisas até certo ponto, por vezes não podem ser utilizadas, ou não são conceitualmente corretas para o entendimento de fenômenos em escalas reduzidas. Estas limitações podem aparecer no estudo dos fenômenos tribológicos em escala nanométrica, que passam a necessitar de novos métodos experimentais, teóricos e computacionais que permitam explorar estes fenômenos com a resolução necessária. Simulações atomísticas são capazes de descrever fenômenos em pequena escala, porém, o número necessário de átomos modelados e, portanto, o custo computacional - geralmente torna-se bastante elevado. Por outro lado, os métodos de simulação associados à mecânica do contínuo são mais interessantes em relação ao custo computacional, mas não são precisos na escala atômica. A combinação entre essas duas abordagens pode, então, permitir uma compreensão mais realista dos fenômenos da tribologia. Neste trabalho, discutem-se os conceitos básicos e modelos de atrito em escala atômica e apresentam-se estudos, por meio de simulação numérica, para a análise e compreensão dos mecanismos de atrito e desgaste no contato entre materiais. O problema é abordado em diferentes escalas, e propõe-se uma abordagem conjunta entre a Mecânica do Contínuo e a Dinâmica Molecular. Para tanto, foram executadas simulações numéricas, com complexidade crescente, do contato entre superfícies, partindo-se de um primeiro modelo que simula o efeito de defeitos cristalinos no fenômeno de escorregamento puro, considerando a Dinâmica Molecular. Posteriormente, inseriu-se, nos modelos da mecânica do contínuo, considerações sobre o fenômeno de adesão. A validação dos resultados é feita pela comparação entre as duas abordagens e com a literatura. / Formulations based on continuum mechanics are generally accurate in a macroscale level, but sometimes cannot be used, or it is not conceptually correct to use for the understanding of small scale phenomena. These limitations may be observed in the study of tribological phenomena at the nanoscale, which may consequently require new experimental, theoretical and computational methods in order to analyze these phenomena with the required resolution. Atomistic simulations may describe phenomena at small scale, but the required number of atoms to be modeled, i.e. the computational cost, usually becomes very high. Moreover, simulation methods associated with continuum mechanics (such as the Finite Element Method - FEM) are more interesting in relation to computational cost, but they are not accurate for atomic scale studies. The combination of these two approaches can then enable a more realistic understanding of tribological phenomena. This work discusses the basic concepts of friction and models for friction at atomic scale. This work also presents studies, by means of numerical simulation, for the analysis of friction and wear mechanisms in the contact of materials. The problem is approached considering different scales, and basing the analysis both on Continuum Mechanics and Molecular Dynamics (MD). For both methods, numerical simulations with increasing complexity were conducted to reproduce the contact between surfaces, starting from an initial model that simulates the effect of crystalline defects during the MD analysis of pure slip. In a second stage, adhesion phenomenon were implemented through continuum mechanics models. The validation of the models and the coupling between the two approaches were conducted by comparison with literature.

Desde 1814, quando então se deram seus primeiros estudos, a mecânica de sistemas de massa variável tem se constituído como um ramo particular dentro da mecânica clássica. Suas aplicações encontram-se espalhadas por diversas áreas do conhecimento e vão desde a engenharia até a medicina, por exemplo. No entanto, apesar dessas aplicações de sucesso, ainda hoje são encontradas na literatura discussões acerca dos fundamentos da mecânica de sistemas de massa variável. Nesse cenário, figuram os chamados aparentes paradoxos que envolvem diferentes equações de movimento para um mesmo sistema de massa variável. É o que pode ser encontrado, por exemplo, com relação ao problema de Wagner, no âmbito do estudo do impacto de corpos sólidos contra superfícies de líquidos, e ao problema da corrente em queda. Nessa tese, questões como essas serão abordadas. Mas o cerne do escopo do presente trabalho é a apresentação de uma discussão de caráter mais geral e interpretativa sobre a teoria e aplicação da mecânica de sistemas de massa variável, mantendo-se como foco principal a contribuição para um melhor entendimento desse importante ramo da mecânica. Para tal, resultados teóricos originais serão apresentados, e discussões e aplicações sobre os mesmos serão feitas. Inicialmente, uma discussão sobre os primeiros trabalhos que fundamentam a dinâmica de uma partícula de massa variável é feita. Nesse contexto, interpretações originais do autor dessa tese são apontadas. Em seguida, a aplicação da equação de Lagrange a sistemas de massa variável é abordada. Nesse cenário, esse autor apresenta a chamada equação de Lagrange para um volume de controle onde a massa varia com as coordenadas e velocidades generalizadas. Esse também é um dos resultados originais dessa tese. Por fim, é apresentada a extensão do princípio variacional para um líquido para um volume de controle, que também é um resultado original desse trabalho. Dois problemas clássicos dentro da teoria de sistemas de massa variável são então tratados, i.e. o problema da corrente em queda e o problema de Wagner. Trata-se de dois problemas aparentemente paradoxais. A resolução desses aparentes paradoxos é abordada, o que também se constitui em um dos resultados originais dessa tese. Uma breve discussão sobre o problema do colapso das torres gêmeas do World Trade Center à luz da mecânica de sistemas de massa variável é também feita. / Since 1814, when the first researches on the topic were carried out, variable mass system mechanics has become a particular branch within classical mechanics. Applied problems involving variable mass systems are sparsely distributed over a wide range of different areas of knowledge, and go from engineering to medicine, for example. However, despite these successful applications, even today one can find in the specialized literature discussions on the fundamentals of the variable mass system mechanics. In this scenario, apparent paradoxes, which are based on different equations of motion for a same variable mass system, figure out. In this sense, the Wagners problem, in the context of the study of the impact of solid bodies into liquid surfaces, and the falling chain problem can be cited as didactic examples. In this thesis, topics like this one will be treated. However, the main scope of this work is to present a more general and interpretative discussion on both the theory and application of the mechanics of variable mass systems, but keeping the focus on contributions that enable a better understanding of such an important branch of mechanics. For that, original theoretical results will be presented, as also discussions and applications of them. In the beginning, a discussion on the first fundamental works about the dynamics of a variable mass particle is done. In such a context, original interpretations of this author are pointed out. Then, the application of Lagrange equations on variable mass systems is discussed. In this scenario, this author shows the so-called Lagrange equation for a control volume where mass varies with generalized coordinates and velocities. This is also an original result of this thesis. By the end, an extension of a variational principle to a control volume is shown, also an original result of this work. Two classical problems within the theory of variable mass systems are then treated, i.e. the falling chain problem and the Wagners problems. Both are apparently paradoxical problems. The resolution of such apparent paradoxes is addressed, what is also an original result. Within the present context of the mechanics of variable mass systems, a brief discussion on the problem of the collapse of the World Trade Center twin towers is also done.

Neste trabalho, propomos um conjunto de estratégias para enfrentar os obstáculos epistemológicos à aprendizagem da cinemática na Teoria da Relatividade Restrita. Tais estratégias são baseadas na proposta da noção de perfil conceitual de referencial (Ayala & Frezza, 2007) e visam promover uma interação cognitiva entre a Mecânica Newtoniana e Relativística. O perfil conceitual (Mortimer, 1995-2000) é um modelo para compreender a evolução conceitual em sala de aula. Para tais objetivos, foi desenvolvido um conjunto de ações em uma seqüência de aplicações de pré-testes e pós-testes com a finalidade de explicitar a concepção dos alunos sobre o aspecto a ser investigado e avaliar a evolução conceitual destes. A diferenciação entre as concepções dos alunos e aquelas cientificamente aceitas deu-se através da interpretação das concepções apresentadas, de discussões teóricas acerca do tema e da apresentação de animações construídas com o software Modellus. O público-alvo deste trabalho é formado por alunos de Licenciatura em Física, e o objetivo do mesmo é contribuir para a formação destes estudantes, futuros professores de Física. / In this work, we propose a set of strategies to face the epistemological obstacles to learning the kinematics in the Restricted Theory of Relativity. Such strategies are based on the proposal of the notion of conceptual profile of reference (Ayala & Frezza, 2007) and promote an interaction between cognitive Newtonian Mechanics and Relativistic Mechanics. The conceptual profile (Mortimer, 1995-2000) is a model for understanding the conceptual evolution of students in classroom. For these goals, we developed a set of actions in a sequence of applications of pre-tests and post-tests in order to explain the conception of students on the aspect to be investigated, and to assess your conceptual evolution. The differentiation between the students' conceptions and scientifically acceptable ones came through the interpretation of the concepts presented, theoretical discussions about the topic and the presentation of animations built with the software Modellus. The target of this work is formed by graduation students in Physics in order to contribute to your formation as future physics teachers.

Neste trabalho, propomos um conjunto de estratégias para enfrentar os obstáculos epistemológicos à aprendizagem da cinemática na Teoria da Relatividade Restrita. Tais estratégias são baseadas na proposta da noção de perfil conceitual de referencial (Ayala & Frezza, 2007) e visam promover uma interação cognitiva entre a Mecânica Newtoniana e Relativística. O perfil conceitual (Mortimer, 1995-2000) é um modelo para compreender a evolução conceitual em sala de aula. Para tais objetivos, foi desenvolvido um conjunto de ações em uma seqüência de aplicações de pré-testes e pós-testes com a finalidade de explicitar a concepção dos alunos sobre o aspecto a ser investigado e avaliar a evolução conceitual destes. A diferenciação entre as concepções dos alunos e aquelas cientificamente aceitas deu-se através da interpretação das concepções apresentadas, de discussões teóricas acerca do tema e da apresentação de animações construídas com o software Modellus. O público-alvo deste trabalho é formado por alunos de Licenciatura em Física, e o objetivo do mesmo é contribuir para a formação destes estudantes, futuros professores de Física. / In this work, we propose a set of strategies to face the epistemological obstacles to learning the kinematics in the Restricted Theory of Relativity. Such strategies are based on the proposal of the notion of conceptual profile of reference (Ayala & Frezza, 2007) and promote an interaction between cognitive Newtonian Mechanics and Relativistic Mechanics. The conceptual profile (Mortimer, 1995-2000) is a model for understanding the conceptual evolution of students in classroom. For these goals, we developed a set of actions in a sequence of applications of pre-tests and post-tests in order to explain the conception of students on the aspect to be investigated, and to assess your conceptual evolution. The differentiation between the students' conceptions and scientifically acceptable ones came through the interpretation of the concepts presented, theoretical discussions about the topic and the presentation of animations built with the software Modellus. The target of this work is formed by graduation students in Physics in order to contribute to your formation as future physics teachers.

Submitted by Eligio Carlos Eduardo (eligio.eduardo1.618@gmail.com) on 2018-05-23T13:49:44Z No. of bitstreams: 1 dissertacao1.pdf: 4158096 bytes, checksum: 54d269ca38f12cb406b7db6f9a37bc62 (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Paula Santulo Custódio de Medeiros null (asantulo@rc.unesp.br) on 2018-05-23T16:58:19Z (GMT) No. of bitstreams: 1 eduardo_ec_me_rcla.pdf: 4148882 bytes, checksum: 140172be0b9d254f494210f1ed894661 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-05-23T16:58:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 eduardo_ec_me_rcla.pdf: 4148882 bytes, checksum: 140172be0b9d254f494210f1ed894661 (MD5) Previous issue date: 2018-04-27 / Este trabalho aborda os aspectos teóricos e numérico da Transformada de Fourier, bem como aplicações em sistemas mecânicos periódicos. O estudo iniciou-se com uma revisão bibliográfica que abordou inicialmente aspectos básicos de equações diferenciais ordinárias, métodos numéricos e implementação computacional, o desenvolvimento teórico da Transformada de Fourier, bem como sua implementação. Realizou-se estudos baseados em simulações numéricas de três modelos físicos: o oscilador harmônico, o pêndulo e o pião simétrico. / This work deals with the theoretical and numerical aspects of the Fourier Transform, as well as applications in periodic mechanical systems. It begins with a bibliographical study about a basic review of ordinary differential equations and its numerical solution methods. We also revisit the theoretical of the Fourier Transform as well an its computational implementation. We applied this theory studed in three physical models: the harmonic oscillator, the pendulum and the symmetrical top.

Desde 1814, quando então se deram seus primeiros estudos, a mecânica de sistemas de massa variável tem se constituído como um ramo particular dentro da mecânica clássica. Suas aplicações encontram-se espalhadas por diversas áreas do conhecimento e vão desde a engenharia até a medicina, por exemplo. No entanto, apesar dessas aplicações de sucesso, ainda hoje são encontradas na literatura discussões acerca dos fundamentos da mecânica de sistemas de massa variável. Nesse cenário, figuram os chamados aparentes paradoxos que envolvem diferentes equações de movimento para um mesmo sistema de massa variável. É o que pode ser encontrado, por exemplo, com relação ao problema de Wagner, no âmbito do estudo do impacto de corpos sólidos contra superfícies de líquidos, e ao problema da corrente em queda. Nessa tese, questões como essas serão abordadas. Mas o cerne do escopo do presente trabalho é a apresentação de uma discussão de caráter mais geral e interpretativa sobre a teoria e aplicação da mecânica de sistemas de massa variável, mantendo-se como foco principal a contribuição para um melhor entendimento desse importante ramo da mecânica. Para tal, resultados teóricos originais serão apresentados, e discussões e aplicações sobre os mesmos serão feitas. Inicialmente, uma discussão sobre os primeiros trabalhos que fundamentam a dinâmica de uma partícula de massa variável é feita. Nesse contexto, interpretações originais do autor dessa tese são apontadas. Em seguida, a aplicação da equação de Lagrange a sistemas de massa variável é abordada. Nesse cenário, esse autor apresenta a chamada equação de Lagrange para um volume de controle onde a massa varia com as coordenadas e velocidades generalizadas. Esse também é um dos resultados originais dessa tese. Por fim, é apresentada a extensão do princípio variacional para um líquido para um volume de controle, que também é um resultado original desse trabalho. Dois problemas clássicos dentro da teoria de sistemas de massa variável são então tratados, i.e. o problema da corrente em queda e o problema de Wagner. Trata-se de dois problemas aparentemente paradoxais. A resolução desses aparentes paradoxos é abordada, o que também se constitui em um dos resultados originais dessa tese. Uma breve discussão sobre o problema do colapso das torres gêmeas do World Trade Center à luz da mecânica de sistemas de massa variável é também feita. / Since 1814, when the first researches on the topic were carried out, variable mass system mechanics has become a particular branch within classical mechanics. Applied problems involving variable mass systems are sparsely distributed over a wide range of different areas of knowledge, and go from engineering to medicine, for example. However, despite these successful applications, even today one can find in the specialized literature discussions on the fundamentals of the variable mass system mechanics. In this scenario, apparent paradoxes, which are based on different equations of motion for a same variable mass system, figure out. In this sense, the Wagners problem, in the context of the study of the impact of solid bodies into liquid surfaces, and the falling chain problem can be cited as didactic examples. In this thesis, topics like this one will be treated. However, the main scope of this work is to present a more general and interpretative discussion on both the theory and application of the mechanics of variable mass systems, but keeping the focus on contributions that enable a better understanding of such an important branch of mechanics. For that, original theoretical results will be presented, as also discussions and applications of them. In the beginning, a discussion on the first fundamental works about the dynamics of a variable mass particle is done. In such a context, original interpretations of this author are pointed out. Then, the application of Lagrange equations on variable mass systems is discussed. In this scenario, this author shows the so-called Lagrange equation for a control volume where mass varies with generalized coordinates and velocities. This is also an original result of this thesis. By the end, an extension of a variational principle to a control volume is shown, also an original result of this work. Two classical problems within the theory of variable mass systems are then treated, i.e. the falling chain problem and the Wagners problems. Both are apparently paradoxical problems. The resolution of such apparent paradoxes is addressed, what is also an original result. Within the present context of the mechanics of variable mass systems, a brief discussion on the problem of the collapse of the World Trade Center twin towers is also done.

Neste trabalho, propomos um conjunto de estratégias para enfrentar os obstáculos epistemológicos à aprendizagem da cinemática na Teoria da Relatividade Restrita. Tais estratégias são baseadas na proposta da noção de perfil conceitual de referencial (Ayala & Frezza, 2007) e visam promover uma interação cognitiva entre a Mecânica Newtoniana e Relativística. O perfil conceitual (Mortimer, 1995-2000) é um modelo para compreender a evolução conceitual em sala de aula. Para tais objetivos, foi desenvolvido um conjunto de ações em uma seqüência de aplicações de pré-testes e pós-testes com a finalidade de explicitar a concepção dos alunos sobre o aspecto a ser investigado e avaliar a evolução conceitual destes. A diferenciação entre as concepções dos alunos e aquelas cientificamente aceitas deu-se através da interpretação das concepções apresentadas, de discussões teóricas acerca do tema e da apresentação de animações construídas com o software Modellus. O público-alvo deste trabalho é formado por alunos de Licenciatura em Física, e o objetivo do mesmo é contribuir para a formação destes estudantes, futuros professores de Física. / In this work, we propose a set of strategies to face the epistemological obstacles to learning the kinematics in the Restricted Theory of Relativity. Such strategies are based on the proposal of the notion of conceptual profile of reference (Ayala & Frezza, 2007) and promote an interaction between cognitive Newtonian Mechanics and Relativistic Mechanics. The conceptual profile (Mortimer, 1995-2000) is a model for understanding the conceptual evolution of students in classroom. For these goals, we developed a set of actions in a sequence of applications of pre-tests and post-tests in order to explain the conception of students on the aspect to be investigated, and to assess your conceptual evolution. The differentiation between the students' conceptions and scientifically acceptable ones came through the interpretation of the concepts presented, theoretical discussions about the topic and the presentation of animations built with the software Modellus. The target of this work is formed by graduation students in Physics in order to contribute to your formation as future physics teachers.

Submitted by isabela.moljf@hotmail.com (isabela.moljf@hotmail.com) on 2017-07-05T15:18:16Z No. of bitstreams: 1 mateusviniciusmarcial.pdf: 2235520 bytes, checksum: 25f39d17f0416ae1fc55b0285fe52d56 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-08-08T17:46:01Z (GMT) No. of bitstreams: 1 mateusviniciusmarcial.pdf: 2235520 bytes, checksum: 25f39d17f0416ae1fc55b0285fe52d56 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-08T17:46:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 mateusviniciusmarcial.pdf: 2235520 bytes, checksum: 25f39d17f0416ae1fc55b0285fe52d56 (MD5) Previous issue date: 2013-07-31 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Neste trabalho é estudado uma maneira de se introduzir não-comutatividade em alguns sistemas físicos via estruturas simpléticas para se investigar as propriedades de espaços não-comutativos (NC). Inicialmente, foi discutido em detalhes uma maneira sistemática de se introduzir não-comutatividade baseado no formalismo de Faddeev-Jackiw denominada Formalismo Simplético de Indução de Não-Comutatividade (FSINC). Este formalismo foi usado pra se obter uma versão NC para o Modelo Sigma Não-linear O(3) e para o Modelo de Skyrme SU(2). Posteriormente, uma segunda lei de Newton modificada que preserva a invariância rotacional foi obtida em um espaço de fase clássico estendido NC. Entre os principais efeitos da não-comutatividade na dinâmica de um oscilador harmônico tratado nesse espaço nota-se que a não-comutatividade induz uma pertubação estável no oscilador harmônico usual e que o oscilador pode até mesmo deixar de ser periódico dependendo da relação entre as frequências de oscilação da coordenada NC e do momento linear. Em seguida, considerando um espaço de fase com estrutura simplética não-comutativa e aplicando o (FSINC), as equações Friedmann- Lemaître corrigidas foram obtidas. As correções nas equações Friedmann- Lemaître podem ser associados com um fluido perfeito NC. Finalmente, usando as equações de Friedmann-Lemaître corrigidas, o parâmetro desaceleração NC pode ser determinado em termos do redshift. Dos valores existentes na literatura para o parâmetro densidade de energia do vácuo Ω0Ʌ e para o redshift transição, estima-se que a ordem de grandeza do parâmetro densidade de matéria do fluido NC Ω0β e do parâmetro NC βsão iguais a 0,52+0,03 -0,159 e β= -0,784 +2,398 -0,453 x 10 -36s-2, respectivamente. Isso mostra que a não-comutatividade poderia ser responsável por até 8,2% da densidade de matéria do universo ou por um terço da matéria escura sem violar os valores na literatura para o redshift de transição. / In this work we have studied how to introduce noncommutativity to some physical systems through the symplectic structures to investigate the properties of the noncommutative (NC) spaces. Initially, we discussed in details one systematic way to introduce noncommutativity, based on Faddeev-Jackiw formalism, called symplectic formalism for induction of noncommutativity (SFINC). This formalism was used to obtain NC versions of the SU(2) Skyrme model and O(3) nonlinear sigma model. After that, the rotational invariant noncommutative Newton’s second law was written in the NC extended classical phase space. Among the main effects of noncommutativity in the dynamics of a harmonic oscillator treated in this space, we note that the noncommutativity induces a stable perturbation in the usual harmonic oscillator and the oscillator may even not be periodic depending on the ratio between the oscillation frequency of the position coordinate and the oscillation frequency of the NC coordinate. Subsequently, considering a phase space with NC symplectic structure and applying the SFINC we obtained the modified Friedmann-Lemaître equations, which have NC corrections. This correction can be interpreted as a NC perfect fluid, which would behave like dust during a period of radiation, preserving the law of conservation of energy. Finally, using the Friedmann-Lemaître equations the NC deceleration parameter q can be determined in terms of the redshift. From the values in literature for the vacuum-energy density parameter Ω0Ʌ and the transition redshift, the range of acceptable values of the matter density parameter of NC fluid Ω0β and the NC parameter β estimated are 0,052+0,03 −0,159 and β = −0,784+2,398−0,453 ×10−36s−2, respectively. This result shows that the NC corrections could be responsible for up to 8.2% of the matter density of the universe, or a third of the dark matter, without violating the literature values of the transition redshift.

Submitted by Geandra Rodrigues (geandrar@gmail.com) on 2018-10-10T14:48:12Z No. of bitstreams: 1 guilhermeenriquealemanlopez.pdf: 6728480 bytes, checksum: d96cb4f60e6df31a85d6b383dec056f1 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2018-10-16T13:35:18Z (GMT) No. of bitstreams: 1 guilhermeenriquealemanlopez.pdf: 6728480 bytes, checksum: d96cb4f60e6df31a85d6b383dec056f1 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-10-16T13:35:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 guilhermeenriquealemanlopez.pdf: 6728480 bytes, checksum: d96cb4f60e6df31a85d6b383dec056f1 (MD5) Previous issue date: 2018-08-24 / O objetivo deste trabalho é o estudo de procedimento de quantização canônica de uma partícula em um espaço curvo e sobre uma superfície de espaço Euclidiano. Estudaremos quantização canônica em coordenadas curvilineares, e em seguida vamos adaptar no caso de espaço curvo. Fizemos comparação crítica deste formalismo com três procedimentos principais apresentados na literatura desta área. / The aim of this work is to study the canonical quantization procedure of a particle in a Riemann space, as well as on a surface embedded in Euclidean space. To this aim, we rewrite quantum mechanics of a particle in Euclidean space in curvilinear coordinates. This allows us to formulate certain quantization procedure in a Riemann space. The resulting picture is compared with three quantization proposals known in the literature.