O objetivo deste trabalho é estabelecer uma formulação Hamiltoniana para sistemas contínuos cujas energias cinétitica e potencial ou suas lagrangeanas envolvam derivadas de ordem superior em relação aos parâmetros espaciais das variáveis de campo e de velocidade. Ainda nesta perspectiva, são obtidas leis de conservação, uma expressão geral dos Parênteses de Poisson e sua invariância com respeito ao grupo de transformações canônicas das variáveis de campo e uma forma generalizada do Teorema de Noether. Finalmente, alguns exemplos da Mecânica do Contínuo são analisados em detalhe visando não só as possíveis aplicações dos resultados obtidos como o manuseio destes resultados em problemas concretos.

Made available in DSpace on 2014-08-27T14:36:45Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2013-08-02Bitstream added on 2014-08-27T15:57:03Z : No. of bitstreams: 1 000781211.pdf: 1283604 bytes, checksum: c5b6c668d08991eba34fc8fcdb9fdabd (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Nesta tese, tem-se por objetivo usar o princípio de ação quântica de Schwinger para estudar e caracterizar dois tipos de sistemas quânticos: o primeiro sendo um oscilador harmônico forçado, cujos parâmetros dependem explicitamente do tempo e o segundo, um conjunto de osciladores harmônicos que interagem linearmente. Mostra-se para o primeiro, que a forma funcional desse princípio, i.e. o operador que origina as variações generalizadas das variáveis dinâmicas do sistema, além de permitir a construção das funções de transformação para qualquer tipo de sistema quântico, ajuda à determinação das quantidades conservadas e, conseqüentemente, à dedução do seu espectro de energia e o conjunto de funções próprias quando existirem. Caso contrário, se o sistema é dependente do tempo, podem-se construir as álgebras dinâmicas que permitem estudá-lo de uma maneira alternativa. Da mesma forma, para o segundo sistema, são propostos dois conjuntos de estados e de operadores: um associado aos estados que cada elemento do sistema apresenta em presença da interação, conhecidos na literatura como estados vestidos e outro, que representa os modos normais do sistema como um todo. Ambos conjuntos de estados são usados na implementação do princípio deaçãoquântica,permitindoencontrar: as soluções exatas, o espectro de energia, as funções de onda e as amplitudes de transição entre quaisquer dois estados nos quais se possa encontrar o sistema. Em cada caso, serão dados alguns exemplos que se contrastarão com os resultados associados a outras abordagens teóricas / This thesis has the aim of using the Schwinger Quantum Action Principle to study and characterize two kind of quantum systems: the ?rst one is a forced harmonic oscillator whose parameters explicitly depend on time and the second one, a set of harmonic oscillators which interacts linearly. We show for the ?rst system that the functional form of this principle, i.e. the operator which causes the generalized variations of the dynamical variables of the system, besides allowing the construction of transformation functions of any kind of system, help to determine the associated conserved quantities and therefore to deduct the form of the spectrum and the set of the eigen-functions of the system, if they exist. Otherwise, if the system is time-dependent, the dynamical algebras which allows studying it in an alternative way can be constructed. Similarly, for the second system two sets of states and operators are proposed. The ?rst one associated with the quantum state of each element of the system in the presence of interaction, known in the literature as Dressed States and the second one, which represents the normal modes of the system as a whole. Both sets of states are used in the implementation of the Quantum Action Principle allowing to ?nd the exact solutions, the spectrum, wave functions and amplitudes between any two states in which the system can be found. In each case, a few examples will be given and the results are contrasted with results associated with other theoretical approaches

Orientador: Bruto Max Pimentel Escobar / Banca: Ademir Eugênio Santana / Banca: Diógenes Galetti / Banca: Julio Marny Hoff da Silva / Banca: Dmitry Vasilevich / Resumo: Nesta tese, tem-se por objetivo usar o princípio de ação quântica de Schwinger para estudar e caracterizar dois tipos de sistemas quânticos: o primeiro sendo um oscilador harmônico forçado, cujos parâmetros dependem explicitamente do tempo e o segundo, um conjunto de osciladores harmônicos que interagem linearmente. Mostra-se para o primeiro, que a forma funcional desse princípio, i.e. o operador que origina as variações generalizadas das variáveis dinâmicas do sistema, além de permitir a construção das funções de transformação para qualquer tipo de sistema quântico, ajuda à determinação das quantidades conservadas e, conseqüentemente, à dedução do seu espectro de energia e o conjunto de funções próprias quando existirem. Caso contrário, se o sistema é dependente do tempo, podem-se construir as álgebras dinâmicas que permitem estudá-lo de uma maneira alternativa. Da mesma forma, para o segundo sistema, são propostos dois conjuntos de estados e de operadores: um associado aos estados que cada elemento do sistema apresenta em presença da interação, conhecidos na literatura como estados vestidos e outro, que representa os modos normais do sistema como um todo. Ambos conjuntos de estados são usados na implementação do princípio deaçãoquântica,permitindoencontrar: as soluções exatas, o espectro de energia, as funções de onda e as amplitudes de transição entre quaisquer dois estados nos quais se possa encontrar o sistema. Em cada caso, serão dados alguns exemplos que se contrastarão com os resultados associados a outras abordagens teóricas / Abstract: This thesis has the aim of using the Schwinger Quantum Action Principle to study and characterize two kind of quantum systems: the first one is a forced harmonic oscillator whose parameters explicitly depend on time and the second one, a set of harmonic oscillators which interacts linearly. We show for the first system that the functional form of this principle, i.e. the operator which causes the generalized variations of the dynamical variables of the system, besides allowing the construction of transformation functions of any kind of system, help to determine the associated conserved quantities and therefore to deduct the form of the spectrum and the set of the eigen-functions of the system, if they exist. Otherwise, if the system is time-dependent, the dynamical algebras which allows studying it in an alternative way can be constructed. Similarly, for the second system two sets of states and operators are proposed. The first one associated with the quantum state of each element of the system in the presence of interaction, known in the literature as Dressed States and the second one, which represents the normal modes of the system as a whole. Both sets of states are used in the implementation of the Quantum Action Principle allowing to find the exact solutions, the spectrum, wave functions and amplitudes between any two states in which the system can be found. In each case, a few examples will be given and the results are contrasted with results associated with other theoretical approaches / Doutor

Neste trabalho, abordamos o conceito de simetria em teoria de campos, no âmbito hamiltoniano mais precisamente, sua relação com leis de conservação, conforme estabelecida pelo(s) teorema(s) de Noether. Propomos uma visão alternativa àquela normalmente usada na literatura, baseada na substituição de grupos e álgebras de Lie por grupoides e algebroides de Lie. Tradicionalmente, dado um fibrado E de configuração sobre o espaço-tempo M (cujas seções são os campos do modelo sob investigação), simetrias são implementadas pela ação de um grupo de automorfismos de E, ou seja, um subgrupo de Aut(E), no espaço &#915 (E) das seções de E, exigindo-se que o funcional ação S seja invariante sob tal ação: neste caso, quando o pertinente subgrupo for de dimensão infinita, surgem graves dificuldades quando queremos tratar de questões de análise e de geometria com rigor matemático. A vantagem principal desta abordagem alternativa provém do fato de que, embora o grupo Aut(E) e, tipicamente, os subgrupos relevantes, assim como o espaço &#915 (E), sejam de dimensão infinita, a sua ação é induzida por uma ação de um grupoide de Lie no fibrado pertinente, a qual envolve apenas variedades de dimensão finita e portanto não há qualquer dúvida em relação a questões tais como qual seria a topologia ou estrutura de variedade subjacente ou em qual sentido essa ação deve ser suave. Formulamos o teorema de Noether neste contexto, baseado em uma nova versão da construção da aplicação momento que a cada gerador de simetrias que associa uma (n - 1)-forma sobre J*E cujo pull-back com uma seção de J* E, que é solução das equações de movimento, produz uma (n - 1)-forma sobre o espaço-tempo, a famosa corrente de Noether, que é conservada, ou seja, fechada / In this thesis, we deal with the concept of symmetry in field theory, in the covariant hamiltonian approach more precisely, its relation with conservation laws, as established by Noethers theorem(s). We propose an alternative view to that normally used in the literature, based on replacing Lie groups and algebras by Lie groupoids and algebroids. Traditionally, given a configuration bundle E over space-time M (whose sections are the fields of the model under investigation), symmetries are implemented by the action of a group of automorphisms of E, i.e., a subgroup of Aut(E), on the space &#915 (E) of sections of E, requiring the action functional S to be invariant under that action: in this case, when the pertinent subgroup has infinite dimension, serious difficulties arise when we want to deal with analytical and geometrical questions with mathematical rigor. The main advantage of this alternative approach comes from the fact that, although the group Aut(E) and, typically, the relevant subgroups, as well as the space &#915 (E), are infinite-dimensional, its action is induced by the action of a Lie groupoid in the pertinent bundle, which involves only finite-dimentional manifolds and therefore there is no doubt about questions such as what should be the topology or the underlying manifold structure or in what sense this action should be smooth. We formulate the Noethers theorem in this context, based on a new version of the construction of the momentum map that associates a (n - 1)-form on J*E to each symmetries generator whose pull-back with a section of J*E, that is solution of the equations of motion, produces a (n - 1)-form on the space-time, the famous Noether current, that is conserved, i.e., closed

Neste trabalho, abordamos o conceito de simetria em teoria de campos, no âmbito hamiltoniano mais precisamente, sua relação com leis de conservação, conforme estabelecida pelo(s) teorema(s) de Noether. Propomos uma visão alternativa àquela normalmente usada na literatura, baseada na substituição de grupos e álgebras de Lie por grupoides e algebroides de Lie. Tradicionalmente, dado um fibrado E de configuração sobre o espaço-tempo M (cujas seções são os campos do modelo sob investigação), simetrias são implementadas pela ação de um grupo de automorfismos de E, ou seja, um subgrupo de Aut(E), no espaço &#915 (E) das seções de E, exigindo-se que o funcional ação S seja invariante sob tal ação: neste caso, quando o pertinente subgrupo for de dimensão infinita, surgem graves dificuldades quando queremos tratar de questões de análise e de geometria com rigor matemático. A vantagem principal desta abordagem alternativa provém do fato de que, embora o grupo Aut(E) e, tipicamente, os subgrupos relevantes, assim como o espaço &#915 (E), sejam de dimensão infinita, a sua ação é induzida por uma ação de um grupoide de Lie no fibrado pertinente, a qual envolve apenas variedades de dimensão finita e portanto não há qualquer dúvida em relação a questões tais como qual seria a topologia ou estrutura de variedade subjacente ou em qual sentido essa ação deve ser suave. Formulamos o teorema de Noether neste contexto, baseado em uma nova versão da construção da aplicação momento que a cada gerador de simetrias que associa uma (n - 1)-forma sobre J*E cujo pull-back com uma seção de J* E, que é solução das equações de movimento, produz uma (n - 1)-forma sobre o espaço-tempo, a famosa corrente de Noether, que é conservada, ou seja, fechada / In this thesis, we deal with the concept of symmetry in field theory, in the covariant hamiltonian approach more precisely, its relation with conservation laws, as established by Noethers theorem(s). We propose an alternative view to that normally used in the literature, based on replacing Lie groups and algebras by Lie groupoids and algebroids. Traditionally, given a configuration bundle E over space-time M (whose sections are the fields of the model under investigation), symmetries are implemented by the action of a group of automorphisms of E, i.e., a subgroup of Aut(E), on the space &#915 (E) of sections of E, requiring the action functional S to be invariant under that action: in this case, when the pertinent subgroup has infinite dimension, serious difficulties arise when we want to deal with analytical and geometrical questions with mathematical rigor. The main advantage of this alternative approach comes from the fact that, although the group Aut(E) and, typically, the relevant subgroups, as well as the space &#915 (E), are infinite-dimensional, its action is induced by the action of a Lie groupoid in the pertinent bundle, which involves only finite-dimentional manifolds and therefore there is no doubt about questions such as what should be the topology or the underlying manifold structure or in what sense this action should be smooth. We formulate the Noethers theorem in this context, based on a new version of the construction of the momentum map that associates a (n - 1)-form on J*E to each symmetries generator whose pull-back with a section of J*E, that is solution of the equations of motion, produces a (n - 1)-form on the space-time, the famous Noether current, that is conserved, i.e., closed

Orientador: Samuel da Silva / Resumo: Os métodos envolvendo simetria têm grande importância para o estudo das equações diferenciais decorrentes de áreas como a matemática, física, engenharia entre muitas outras. A existência de simetrias em equações diferenciais pode gerar transformações em variáveis dependentes e independentes que podem facilitar a integração. Em especial, Sophus Lie desenvolveu no século XIX uma forma de extração de simetrias que podem ser usadas efetivamente para revelar as integrais primeiras, ou seja, as constantes de movimento, que muitas vezes podem estar escondidas. Estes invariantes podem em algumas situações ser identificados pelo teorema de Noether ou a partir de manipulações das próprias equações com transformações de Lie. Assim, nesta tese foi proposto utilizar as simetrias de Lie para aplicação em problemas da dinâmica de sistemas mecânicos. As simetrias de Lie são aplicadas em dois problemas clássicos, primeiro em um pêndulo oscilando em um aro rotativo e em seguida em um pião simétrico com movimento de precessão estacionária com um ponto fixo. No primeiro problema foi realizada uma redução de ordem para solução por quadraturas da equação de movimento. Já no segundo foram mostradas as relações entre os invariantes e as leis de conservação extraídas das simetrias de Lie. Uma outra análise foi realizada através da teoria de referencial móvel, mostrando a possibilidade de outras aplicações das simetrias de Lie. Uma das aplicações desta teoria, também é a redução de ordem das equações ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The methods involving symmetry are of great importance for the study of the di erential equations arising from areas such as mathematics, physics, engineering among many others. The existence of symmetries in di erential equations can generate transformations in dependent and independent variables that may be easier to integrate. In particular, Sophus Lie developed in the nineteenth century a form of extraction of symmetries that can be used e ectively to reveal the rst integrals, that is, the motion constants, which can often be hidden. These invariants can in some situations be identi ed by the Noether theorem or from manipulations of the equations themselves with Lie transformations. Thus, in this thesis it was proposed to use the Lie symmetries for application in problems of the dynamics of mechanical systems. The Lie symmetries are applied in two classic problems, rst in a bead on a rotating wire hoop and then in a symmetric top with stationary precession with a xed point. In the rst problem, a reduction of order of the equation of motion was performed by quadratures. In the second one, the relations between the invariants and the conservation laws extracted from the Lie symmetries were shown. Another analysis was performed through the theory of moving frames, showing the possibility of other applications of Lie symmetries. One of the applications of this theory is also the order reduction of the resulting di erential equations. Thus, moving frames were calculated for th... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Submitted by Claudio Henrique Cerqueira Costa Basquerotto (cbasquerotto@ymail.com) on 2018-05-25T15:27:47Z No. of bitstreams: 1 Tese_Basquerotto.pdf: 7598699 bytes, checksum: 5f0c350de78925517e7db6045e9c3749 (MD5) / Approved for entry into archive by Cristina Alexandra de Godoy null (cristina@adm.feis.unesp.br) on 2018-05-25T17:35:47Z (GMT) No. of bitstreams: 1 basquerotto_chc_dr_ilha.pdf: 7598699 bytes, checksum: 5f0c350de78925517e7db6045e9c3749 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-05-25T17:35:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 basquerotto_chc_dr_ilha.pdf: 7598699 bytes, checksum: 5f0c350de78925517e7db6045e9c3749 (MD5) Previous issue date: 2018-04-20 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Os métodos envolvendo simetria têm grande importância para o estudo das equações diferenciais decorrentes de áreas como a matemática, física, engenharia entre muitas outras. A existência de simetrias em equações diferenciais pode gerar transformações em variáveis dependentes e independentes que podem facilitar a integração. Em especial, Sophus Lie desenvolveu no século XIX uma forma de extração de simetrias que podem ser usadas efetivamente para revelar as integrais primeiras, ou seja, as constantes de movimento, que muitas vezes podem estar escondidas. Estes invariantes podem em algumas situações ser identificados pelo teorema de Noether ou a partir de manipulações das próprias equações com transformações de Lie. Assim, nesta tese foi proposto utilizar as simetrias de Lie para aplicação em problemas da dinâmica de sistemas mecânicos. As simetrias de Lie são aplicadas em dois problemas clássicos, primeiro em um pêndulo oscilando em um aro rotativo e em seguida em um pião simétrico com movimento de precessão estacionária com um ponto fixo. No primeiro problema foi realizada uma redução de ordem para solução por quadraturas da equação de movimento. Já no segundo foram mostradas as relações entre os invariantes e as leis de conservação extraídas das simetrias de Lie. Uma outra análise foi realizada através da teoria de referencial móvel, mostrando a possibilidade de outras aplicações das simetrias de Lie. Uma das aplicações desta teoria, também é a redução de ordem das equações diferenciais resultantes. Com isso os referenciais móveis foram calculados para os problemas do pêndulo oscilando em um aro rotativo, pião simétrico e apresentando uma aplicação em um problema de vínculo não-holonomo. A partir disto foi possível reduzir a ordem das equações e obter a solução analítica das mesmas. Com isto, esta tese buscou mostrar a aplicação das simetrias de Lie em problemas de dinâmica de sistemas mecânicos através de uma linguagem acessível e que motive a outros engenheiros a se interessarem pelo tema. / The methods involving symmetry are of great importance for the study of the di erential equations arising from areas such as mathematics, physics, engineering among many others. The existence of symmetries in di erential equations can generate transformations in dependent and independent variables that may be easier to integrate. In particular, Sophus Lie developed in the nineteenth century a form of extraction of symmetries that can be used e ectively to reveal the rst integrals, that is, the motion constants, which can often be hidden. These invariants can in some situations be identi ed by the Noether theorem or from manipulations of the equations themselves with Lie transformations. Thus, in this thesis it was proposed to use the Lie symmetries for application in problems of the dynamics of mechanical systems. The Lie symmetries are applied in two classic problems, rst in a bead on a rotating wire hoop and then in a symmetric top with stationary precession with a xed point. In the rst problem, a reduction of order of the equation of motion was performed by quadratures. In the second one, the relations between the invariants and the conservation laws extracted from the Lie symmetries were shown. Another analysis was performed through the theory of moving frames, showing the possibility of other applications of Lie symmetries. One of the applications of this theory is also the order reduction of the resulting di erential equations. Thus, moving frames were calculated for the bead on a rotating wire hoop, symmetric top and showing an application in a nonholonomic problem. From this it was possible to reduce the order of the equations and to obtain the analytical solution of the same ones. So, this thesis sought to show the application of Lie symmetries in problems of dynamics of mechanical systems through an accessible language and that motivate other engineers to take an interest in the subject.