O comportamento da Corrente do Brasil (CB) ao largo de Santos foi determinado a partir de medições diretas de velocidade e temperatura realizadas como parte do projeto COROAS. Foram lançados três fundeios, sobre as isóbatas de 100 m (C1), 200 m (C2) e 1000 m (C3). Os dados obtidos passaram por diversas análises - estatística descritiva, análises gráficas com o auxílio de rosas de distribuição, “stickplots", séries temporais e hodógrafos e análise de Funções Empíricas Ortogonais (EOF). Os resultados mostram que o ponto C1 sofre grande influência meteorológica – em todas as estações sazonais e profundidades amostradas, há predominância do fluxo para SW, mas este apresenta grande variabilidade devida à sua alternância com o fluxo para NE. Essa variabilidade, com escala subinecial, mostra que durante a maior parte do tempo, o ponto C1 esteve imerso num regime típico de plataforma continental, e não de correntes de contorno oeste. O fluxo da CB atinge essa região apenas esporadicamente. Foi observada a bipolaridade entre as intrusões das massas de água transportadas pela CB (ACAS e AT), como caracterizada por Castro (1996). Nos pontos C2 e C3, a presença da CB é marcante. Nos três primeiros níveis, persistiu um forte fluxo para SW, com intensidades da ordem de 1 m/s. A variabilidade temporal dessas correntes é pequena, principalmente nos três níveis superiores. No nível de 698 m, em C3, predominou o fluxo para NE da Água Intermediária Antártica. As melhores definições do fluxo da CB nas três profundidades superiores dos fundeios C2 e C3 foram observadas na primavera/93 e no verão/94. A variabilidade do fluxo, nos três fundeios, é bem descrita pelo comportamento das EOF. Um vórtice ciclônico, de núcleo frio, com período de 20 dias e escala vertical de aproximadamente 700 m, foi registrado em fevereiro de 1993. Indícios desse vórtice foram detectados até no ponto C1. O transporte de volume da CB, entre a quebra da plataforma e o talude, possui um valor médio de –2,01  0,98 Sv, relativamente ao nível de 300 m e tem sentido predominante para SW. Foram realizados alguns estudos dos casos de variabilidade da corrente. Esses estudos ilustram o modelo de Lee et al.(1981), sobre surgimento e características dos vórtices ciclônicos de núcleo frio, e o transporte de Ekman. / Current and temperature measurements, off shore Santos (23 56’ S - 046 19’ W), were performed to determine the behaviour of the Brazil Current (BC), during COROAS Project. Three moored arrays were launched on the 100 m (C1), 200 m (C2) e 1000 m (C3) isobaths. Several analysis were performed – statistical, compass plots, time series and Empirical Orthogonal Functions (EOF). On the C1 point, external continental shelf, meteorological influence is notable – in all seasons and depths sampled, predominate southwestward currents, with big variability in consequence of the alternating northwestward. This variability, with subinercial scale, shows that C1 point was immersed in a typical continental shelf pattern, almost all the time, and not in a western boundary pattern. Brazil Current flow reaches this region sporadically. It was observed a bipolarity between water masses intrusions, South Atlantic Central Water and Tropical Water, transported by BC, supporting earlier observations from Castro (1996). On the three first levels of C2 (continental break) and C3 (continental slope) points, Brazil Current is a well-developed boundary current southwestward, reaching speeds of 1 m/s, with small time variability. On C3 point, 698 m depth, predominate Intermediate Antarctic Water northwestward flow. The best definitions of the BC flow were observed during Spring (1993) and Summer (1994). A good representation of the observed variability was obtained by EOFs . A cyclonic, cold core BC eddy with period of 20 days and vertical scale approximately of 700 m, was detected in February (1993). This eddy seems to have reached C1 point. Brazil Current mean volume transport, between continental break and continental slope , was 2.01 + 0.98 Sv, relative to 300 m and southwestward, predominately. Some cases of current variability were studied. These cases illustrate the Lee et al. (1981) model about onset and features of the cyclonic cold core eddies and Ekman transport.

Neste trabalho simulou-se o escoamento do fluxo de ar em um tubo, com um anteparo de formato triangular com arestas cortantes, posicionado no centro do tubo. O objetivo do estudo é a análise do comportamento do número de Strouhal em função do número de Reynolds. Para isto, foi utilizada a técnica da análise tempo-freqüência, baseada na transformada de Fourier e na transformada de Gabor. Os ensaios foram realizados com o fluxo com velocidades médias de escoamento de 3 a 10 m/s, sendo utilizado um sensor de pressão tipo piezo-resistivo para a detecção da flutuação de pressão ocasionada pelo desprendimento e formação dos vórtices. Os ensaios foram realizados em cinco etapas com o objetivo de se verificar a influência dos seguintes parâmetros na coleta de sinais e no fenômeno: ruído da rede elétrica; influência do anteparo e do ruído proveniente do escoamento do fluxo de ar; número de pontos da amostragem na coleta dos dados; do comprimento da tubulação; e posicionamento do sensor. Pode-se observar, a sensibilidade do sistema de medição através do ensaio realizado sem o anteparo, sendo verificada a influência do ruído do escoamento de ar pelo tubo; pode-se observar também uma pequena interferência do ruído da rede elétrica predominantemente para velocidades abaixo de 3 m/s. Apesar das influências citadas, e utilizando a transformada de Gabor para análise dos sinais, observou-se um sinal mais intenso na freqüência dos vórtices para as velocidades de escoamento, podendo-se comprovar que o número de Strouhal permanece quase constante e é independente do número de Reynolds, devendo-se ressaltar que esta conclusão é valida para números de Reynolds compreendidos na faixa de 3000 a 100000. No experimento obteve-se um fator de sensibilidade (freqüência vórtices/velocidade média) de 8,2 Hz/m/s, e número de Strouhal médio de 0,196. / This work concerns the simulation of an air flux through a pipe with a triangular bluff body positioned inside it. In order to study the behavior of the Strouhal number in function of the Reynolds number. For this, the time-frequency analysis technique was used, based on Fourier transform and the Gabor transform. The experiments were carried out with an air flux velocity ranging from 3 to 10 m/s and using a piezoresistive pressure sensor to detect pressure fluctuations caused by the shedding and vortex formation. The experimental procedures were divided in five stages to make it possible to verify the influence of the following parameters in the signal data acquisition: electric network noise, the bluff body presence and the noise generated due to its presence, number of sampling data points, tubing length and sensor positioning. The sensitivity of the experiment could be observed testing the air flowing with no bluff body inside the pipe. Thus, it was possible to investigate the influence of the noise generated due to this flux limiting body. It could be also observed, mainly at 3 m/s or less, the noise generated due to the electric network. Despite the listed influences, and with the use of the Gabor transform, a more intense signal on the vortex frequency for the flow velocity was observed, showing that the Strouhal number remains almost constant and is independent of the Reynolds number. It is important to recall that this conclusion is valid for Reynolds numbers between 3000 and 100000. In the experiments the factor of sensitivity (vortex frequency/mean velocity) obtained was 8,2 Hz/m/s and the mean Strouhal number 0,196.

O comportamento da Corrente do Brasil (CB) ao largo de Santos foi determinado a partir de medições diretas de velocidade e temperatura realizadas como parte do projeto COROAS. Foram lançados três fundeios, sobre as isóbatas de 100 m (C1), 200 m (C2) e 1000 m (C3). Os dados obtidos passaram por diversas análises - estatística descritiva, análises gráficas com o auxílio de rosas de distribuição, “stickplots”, séries temporais e hodógrafos e análise de Funções Empíricas Ortogonais (EOF). Os resultados mostram que o ponto C1 sofre grande influência meteorológica – em todas as estações sazonais e profundidades amostradas, há predominância do fluxo para SW, mas este apresenta grande variabilidade devida à sua alternância com o fluxo para NE. Essa variabilidade, com escala subinecial, mostra que durante a maior parte do tempo, o ponto C1 esteve imerso num regime típico de plataforma continental, e não de correntes de contorno oeste. O fluxo da CB atinge essa região apenas esporadicamente. Foi observada a bipolaridade entre as intrusões das massas de água transportadas pela CB (ACAS e AT), como caracterizada por Castro (1996). Nos pontos C2 e C3, a presença da CB é marcante. Nos três primeiros níveis, persistiu um forte fluxo para SW, com intensidades da ordem de 1 m/s. A variabilidade temporal dessas correntes é pequena, principalmente nos três níveis superiores. No nível de 698 m, em C3, predominou o fluxo para NE da Água Intermediária Antártica. As melhores definições do fluxo da CB nas três profundidades superiores dos fundeios C2 e C3 foram observadas na primavera/93 e no verão/94. A variabilidade do fluxo, nos três fundeios, é bem descrita pelo comportamento das EOF. Um vórtice ciclônico, de núcleo frio, com período de 20 dias e escala vertical de aproximadamente 700 m, foi registrado em fevereiro de 1993. Indícios desse vórtice foram detectados até no ponto C1. O transporte de volume da CB, entre a quebra da plataforma e o talude, possui um valor médio de –2,01  0,98 Sv, relativamente ao nível de 300 m e tem sentido predominante para SW. Foram realizados alguns estudos dos casos de variabilidade da corrente. Esses estudos ilustram o modelo de Lee et al.(1981), sobre surgimento e características dos vórtices ciclônicos de núcleo frio, e o transporte de Ekman. / Current and temperature measurements, off shore Santos (23 56’ S - 046 19’ W), were performed to determine the behaviour of the Brazil Current (BC), during COROAS Project. Three moored arrays were launched on the 100 m (C1), 200 m (C2) e 1000 m (C3) isobaths. Several analysis were performed – statistical, compass plots, time series and Empirical Orthogonal Functions (EOF). On the C1 point, external continental shelf, meteorological influence is notable – in all seasons and depths sampled, predominate southwestward currents, with big variability in consequence of the alternating northwestward. This variability, with subinercial scale, shows that C1 point was immersed in a typical continental shelf pattern, almost all the time, and not in a western boundary pattern. Brazil Current flow reaches this region sporadically. It was observed a bipolarity between water masses intrusions, South Atlantic Central Water and Tropical Water, transported by BC, supporting earlier observations from Castro (1996). On the three first levels of C2 (continental break) and C3 (continental slope) points, Brazil Current is a well-developed boundary current southwestward, reaching speeds of 1 m/s, with small time variability. On C3 point, 698 m depth, predominate Intermediate Antarctic Water northwestward flow. The best definitions of the BC flow were observed during Spring (1993) and Summer (1994). A good representation of the observed variability was obtained by EOFs . A cyclonic, cold core BC eddy with period of 20 days and vertical scale approximately of 700 m, was detected in February (1993). This eddy seems to have reached C1 point. Brazil Current mean volume transport, between continental break and continental slope , was 2.01 + 0.98 Sv, relative to 300 m and southwestward, predominately. Some cases of current variability were studied. These cases illustrate the Lee et al. (1981) model about onset and features of the cyclonic cold core eddies and Ekman transport.

A importância da exploração marítima de petróleo, em especial para o Brasil, é indiscutível e risers são estruturas essenciais para essa atividade. Uma melhor compreensão da dinâmica dessas estruturas e dos esforços a que estão submetidas vem resultando de pesquisa constante na área, pesquisa que gera um grande volume de dados, freqüentemente descrevendo fenômenos de difícil compreensão. Este trabalho descreve o desenvolvimento de um ambiente que combina técnicas de realidade virtual (como ambientes 3D, navegação e estereoscopia) e visualização científica (como mapeamento de cores, deformações e glifos) para facilitar a visualização desses dados. O ambiente, batizado como RiserView, permite a montagem de cenas tridimensionais compostas por risers, relevo do solo, superfície marítima, embarcações, bóias e outras estruturas, cada um com sua dinâmica própria. Permite ainda a visualização do escoamento para que a formação de vórtices na vizinhança dos risers e a interação fluido-mecânica resultante possam ser estudadas. O usuário pode controlar parâmetros da visualização de cada elemento e da animação da cena, bem como navegar livremente por ela. Foi desenvolvido também um algoritmo de baixo custo computacional (graças a simplificações possíveis devido à natureza do problema) para detecção e exibição em tempo real de colisões entre risers. O Processo Unificado foi adaptado para servir como metodologia para o projeto e implementação do aplicativo. O uso do VTK (API gráfica e de visualização científica) e do IUP (API para desenvolvimento de interfaces com o usuário) simplificou o desenvolvimento, principalmente para produzir um aplicativo portável para MS-Windows e Linux. Como opções de projeto, a visualização científica e a velocidade na renderização das cenas são privilegiadas, ao invés do realismo e da agilidade na interação com o usuário. As conseqüências dessas escolhas, bem como alternativas, são discutidas no trabalho. O uso do VTK e, através dele, do OpenGL permite que o aplicativo faça uso dos recursos disponíveis em placas gráficas comerciais para aumentar sua performance. Em sua versão atual a tarefa mais custosa para o RiserView é a atualização das posições de risers, principalmente descritos no domínio da freqüência, mas o trabalho discute aprimoramentos relativamente simples para minimizar esse problema. Apesar desses (e de outros) aprimoramentos possíveis, discutidos no trabalho, o ambiente mostra-se bastante adequado à visualização dos risers e de sua dinâmica bem como de fenômenos e elementos a eles associados. / The importance of offshore oil exploration, especially to Brazil, cannot be argued and risers are crucial structures for this activity. A better understanding of the dynamics of these structures and of the efforts to which they are subject has been resulting from constant research in the field, research that generates a large volume of data, often describing phenomena of difficult comprehension. This work describes the development of a software environment that combines elements of virtual reality (3D environments, navigation, stereoscopy) and scientific visualization techniques (such as color mapping, deformations and glyphs) to improve the understanding and visualization of these data. The environment, christened RiserView, allows the composition of tridimensional scenes including risers, the floor and surface of the ocean and ships, buoys and other structures, each with its own dynamics. It also allows the visualization of the flow in the neighborhood of the risers so that vortex shedding and the resulting fluid-mechanic interactions may be studied. The user may control parameters of the scene animation and of the visualization for each of its elements, as well as navigate freely within the scene. An algorithm of low computational cost (thanks to simplifications possible due to the nature of the problem), for the detection and exhibition of collisions between risers in real time, was also developed. The Unified Process was adapted to guide the software's project and implementation. The use of VTK (a scientific visualization and graphics API) and IUP (a user interface development API) simplified the development, especially the effort required to build an application portable to MS-Windows and Linux. As project choices, scientific visualization and the speed in rendering scenes in real time were given higher priority than realism and the agility in the user interaction, respectively. The consequences of these choices, as well as some alternatives, are discussed. The use of VTK and, through it, OpenGL, allows the application to access features available in most commercial graphics cards to increase performance. In its current version, the most costly task for RiserView are the calculations required to update riser positions during animation, especially for risers described in the frequency domain, but the work discusses relatively simple improvements to minimize this problem. Despite these (and other) possible improvements discussed in the work, the application proves quite adequate to the visualization of risers and their dynamics, as well as of associate elements and phenomena.

In this thesis, we numerically investigate quantum turbulence in trapped atomic Bose-Einstein condensates (BECs). We first discuss the appropriate qualitative characterization of turbulence in these systems, showing the limitation of analogies with classical hydrodynamics and turbulence in large superfluid Helium experiments. Due to their lack of available length scales, our investigated systems can only fit the ultraquantum (or Vinen) type of quantum turbulence. Secondly, we propose experimentally feasible schemes for more controlled investigations of turbulence making use of dynamical instability of multicharged vortices as an onset for complex vortex dynamics. In two dimensions, our suggested scheme allows control over vortex polarization in the harmonically trapped system. This setup is then used to study how turbulence decays in such a scenario, through the phenomenological modeling of a vortex-number rate equation. As a consequence, we were able to identify that vortex annihilation in these trapped systems happens through a four-vortex process. For three dimensions, we have first provided a study on the decay of a quadruply-charged vortex, also in a harmonically trapped BEC. Having this setting as a comparison point, we propose a quasi-isotropic turbulent system, starting from a phase-imprinted initial state of two doubly-charged, anti-parallel vortices. The vortex turbulence arisen from such configuration was shown to agree with the Vinen turbulent regime, after we characterized specific features of its decay, such as the energy spectrum [E(k) ∼ k1] and the time evolution of the vortex-line density [L(t) ∼ t1]. Although these features have been frequently verified in the context of superfluid Helium turbulence, here this identification was for the first time done for realistic, trapped atomic BECs. / Nesta tese, investigamos numericamente a turbulência quântica em condensados de Bose- Einstein (BECs) aprisionados. Discutimos, inicialmente, a caracterização qualitativa apropriada para estes sistemas, mostrando a limitação de analogias tipicamente feitas com hidrodinâmica clássica e turbulência em grandes sistemas com Hélio superfluido. Devido às suas limitadas escalas espaciais, os sistemas investigados somente podem exibir o tipo de turbulência conhecida como ultra-quântica (ou de Vinen). Em seguida, propomos sistemas experimentalmente factíveis que permitem investigações mais controladas da turbulência, fazendo uso da instabilidade dinâmica de vórtices multi-carregados como ponto de partida para geração de dinâmicas complexas. Em duas dimensões, nossa proposta permite controle sobre a polarização de vórtices em sistemas aprisionados em potencial harmônico. Este arranjo é então utilizado no estudo do decaimento da turbulência nesse contexto, através de um modelo fenomenológico para equação que descreve a taxa de variação do número de vórtices. Como consequência, pudemos verificar que a aniquilação de vórtices dá-se através de um processo que envolve quatro vórtices. Em três dimensões, apresentamos um estudo do decaimento de um vórtice de carga topológica quatro, também em potencial harmônico. Mantendo em mente esse sistema a título de comparação, propomos um cenário turbulento, quase-isotrópico, partindo de um estado inicial formado por dois vórtices duplamente carregados, mas orientados anti-paralelamente. Verificamos que a turbulência decorrente desse arranjo coincide com a regime de Vinen analisando características do seu decaimento, especificamente obtendo o espectro de energia [E(k) ∼ k1] e evolução temporal da densidade de linhas de vórtices [L(t) ∼ t1]. Apesar de que essas características são comumente encontradas no contexto de Hélio superfluido, apresentamos pela primeira vez essa identificação no cenário realístico de BEC aprisionados.

Submitted by Rosivalda Pereira (mrs.pereira@ufma.br) on 2017-06-07T18:48:31Z No. of bitstreams: 1 AlexsandroLucenaMota.pdf: 2757687 bytes, checksum: 04b1d52c9ca203ed571f49aacf10eeac (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-07T18:48:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 AlexsandroLucenaMota.pdf: 2757687 bytes, checksum: 04b1d52c9ca203ed571f49aacf10eeac (MD5) Previous issue date: 2014-09-30 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / The first studies on Lorentz-violating BPS vórtices were accomplished within the framework of the Standard Model Extension (SME). Specifically, it was studied the effects of the Lorentz violation in the vortex solutions presented in the Maxwell-Higgs electrodynamics. The formation of vórtices was also analyzed in (1+2)-dimensional models obtained by dimensional reduction of the SME Abelian sector. Among the several effects of the Lorentz violation we can mention: the control of both the amplitude as the width of the vortex, magnetic field reversion, magnetic flux quantization with explicit dependence on the Lorentz-violating coefficients. In this dissertation we study the existence of topological BPS vórtices in a Maxwell-Higgs model in which the covariant derivative is modified by the addition of a CPT-odd term, which breaks the CPT- and Lorentz symmetry due to the presence of a vectorial background. The interaction generating a set of self-dual or first-order equations includes a potential jφj4 and a derivative coupling j@iφj4. Although the self-dual equations are very different of those belonging to the usual MaxwellHiggs model, the new vortex solutions behave just like the Aharonov-Nielsen-Olesen ones, but the mass scale depends explicitly on the Lorentz-violating coefficient. / Os primeiros estudos sobre vórtices BPS no contexto da violação da simetria de Lorentz foram realizadas no marco teórico do modelo padrão estendido (MPE). Especificamente, foram estudados os efeitos da quebra de Lorentz sobre os vórtices existentes na eletrodinâmica de Maxwell-Higgs. Também, foram estudadas a formação de vórtices em modelos (1+2)-dimensionais obtidos via redução dimensional do setor Abeliano do MPE. Entre os diversos efeitos da quebra de Lorentz podemos citar: controle da amplitude e largura do vórtice, inversão do campo magnético, fluxo magnético quantizado com dependência explícita nos coeficientes da quebra de Lorentz, etc. Nesta dissertação estudamos a existência de vórtices topológicos em um modelo de MaxwellHiggs cuja derivada covariante é modificada pela inclusão de um termo CPT-ímpar, o qual quebra a simetria de Lorentz devido a presença de um campo de fundo vetorial. A interação, que gera um sistema de equações auto-duais de primeira ordem, inclui um potencial jφj4 e um acoplamento derivativo j@iφj4. A pesar das equações auto-duais serem bem diferentes daquelas do modelo de Maxwell-Higgs, os vórtices obtidos se comportam como aqueles de Aharonov-Nielsen-Olesen, mas a escala de massa depende explicitamente do coeficiente que controla a quebra de Lorentz.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Farming systems can act as a source or sink of atmospheric carbon, depending on the type of culture and soil management system adopted. This thesis presents a comparative study between the data obtained from two micrometeorological stations installed on the corn crop, in order to assess the impact of two tillage systems for corn (conventional tillage-CT and no-till-NT) in net ecosystem exchange of carbon fluxes (NEE). The flux were evaluated by the method of eddy covariance (EC), during the 156 days of maize. The results show that the two systems of planting corn act as drain CO2 −C and that there is a difference in the absorption ofCO2−C between the two planting systems with a NT with higher net exchange of carbon in the ecosystem in relation to CT . The biggest difference between the systems occurs in the first half cycle of corn, and after 40 days the cultures behave as a source of CO2−C, with higher values of CT issue at this time in relation to NT, and from then culture behaves as CO2−C drain. We conducted a study on the relative role of low-frequency and turbulent processes in the nocturnal boundary layer through the analysis of two-point correlations of wind components. Noting that the low-frequency processes dominate the two-point correlations in weak wind conditions, that the vertical two-point correlations of the spanwise component are negative at the very low time scale limit and that the statistical properties of the turbulent field are preserved horizontally over distances for which the two-points correlation have already been largely reduced. / Os sistemas agrícolas podem atuar como dreno ou fonte de carbono atmosférico, dependendo do tipo da cultura e do sistema de manejo do solo adotado. Este trabalho apresenta um estudo comparativo entre os dados obtidos a partir de duas estações micrometeorológicas instaladas sobre a cultura de milho, com o objetivo de avaliar o impacto de dois sistemas de semeadura de milho (preparo convencional-PC e plantio direto-PD) na troca líquida do ecossistema dos fluxos de carbono (NEE). Os fluxos foram avaliados pelo método de covariância de vórtices turbulentos (MCV), durante o período de 156 dias da cultura do milho. Os resultados obtidos mostram que os dois sistemas de cultivo de milho atuam como dreno de C−CO2 e que a há uma diferença quanto a absorção de C−CO2 entre os dois sistemas de plantio, com o PD apresentando maior troca líquida de carbono no ecossistema em relação ao PC. A maior diferença entre os sistemas ocorre na primeira metade do ciclo da cultura do milho, sendo que nos primeiros 40 dias as culturas se comportam como fonte de C−CO2, com o PC apresentando valores maiores de emissão neste período em relação ao PD, e a partir de então a cultura se comporta como dreno de C−CO2. Realizou-se um estudo sobre o papel relativo das baixa frequências e dos processos turbulentos na camada limite noturna através da análise de correlações de dois pontos das componentes do vento. Verificando-se que os processos de baixa frequência dominam as correlações de dois ponto em condições de vento fraco, que as correlações verticais de dois pontos da componente lateral do vento são negativas no limite de escala de tempo muito baixa e que as propriedades estatísticas do campo turbulento são preservadas horizontalmente ao longo de distâncias para os quais as correlações de dois pontos já foram largamente reduzidos.

We engineer an intensity square lattice using the Fraunhofer diffraction of a Laguerre-Gauss beam by a square aperture. We verify numerically and experimentally that a perfect optical intensity lattice takes place only for even values of the topological charge. We explain the origin of this behavior based on the decomposition of the patterns. We propose an analytical solution for these diffraction patterns at different values of topological charges and find the reason for the truncation difraction patterns with beam having OAM. We also study the evolution of the lattice formation by observing the transition from one order to the next of the orbital angular momentum varying the topological charge in fractional steps. / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Construímos uma rede truncada usando a difração de Fraunhofer com feixes Laguerre-Gauss por uma abertura quadrada. Verificamos numericamente e experimentalmente que uma perfeita rede ótica de intensidades ocorre somente para valores pares de carga topológica. Explicamos a origem deste comportamento baseado na decomposição dos padrões. Propomos uma solução analítica para estes padrões de difração em diferentes valores de cargas topológicas e o utilizamos este resultado para descrever o motivo do truncamento dos padrões de difração com feixes possuindo MAO. Também estudamos a evolução da formação de redes pela observação da transição de primeira ordem para a próxima ordem variando as cargas topológicas fracionárias do momento angular orbital (MAO).

Nesta dissertação, apresenta-se um estudo sobre esquemas numéricos de alta precisão para modelagem matemática de camadas de mistura compressíveis em desenvolvimento temporal. O objetivo central é analisar condições de transição em camadas de mistura para diferentes números de Reynolds e Mach. Ap resenta-se, em primeiro lugar, a motivação à utilização de esquemas numéricos de alta precisão que visem obter soluções de problemas de escoamentos que envolvem diversas escalas de tempo e espaço, os parâmetros físicos relevantes para o tipo de escoamento aqui analisado e algumas definições essenciais como camada de mistura e instabilidade de Kelvin-Helmholtz. Descrevem-se, na continuação, as equações que governam os escoamentos viscosos compressíveis, a adimensionalização correspondente dessas equações, o sistema de equações adimensionais e as condições iniciais e de contorno. A Teoria da instabilidade Linear Hidrodinârnica para escoamentos livres incompressíveis e compressíveis é revisada onde, em particular, mostra-se a importância da escolha da taxa de amplificação máxima no tocante aos efeitos de compressibilidade e de viscosidade e constata-se a instabilidade do perfil tangente hiperbólica. São descritos os esquemas de diferenças finitas implícitos compactos de alta que permitem obter melhores resultados que os de ordem inferior com menor custo computacional. São demonstradas aproximações para a primeira e segunda derivadas e formulações para a fronteira da primeira e segunda derivadas, cujos resultados são aproximados aos dos métodos espectrais com a vantagem de usar domínios e condições de fronteira mais gerais. Em seguida, faz-se wna análise dos erros dos esquemas numéricos. Por último, apresentam-se alguns dos resultados obtidos de simulações numéricas comparando-se com toda a teoria física estudada para diversos números de Mach e Reynolds. Em particular, analisa-se a evolução temporal dos vórtices coerentes para diferentes condições de compressibilidade e viscosidade. / In this work a study about high precision numerical schemes for the mathematical modeling of compressible temporal mixing layer is presented. The main objetive is to analise the transition conditions for the mi.xing layer with different Reynolds and Mach numbers. Firstly, the rnotivation of using high precision schemes to solve flows problems that involved different time and length scales is presented, along with the description of the main physical parameters and others definit ions such as mixing layers and Kelvin-Helrnholtz instability. T hen, the governing equations for compressible viscous flows, their adimensionalisation and the corresponding initial and boundary condit ions are established. The linear stability t heory is revised for both incompressible and compressible free shear flows. In parti-cular, it is showed the importance of t he choice of the maximum amplification rate for the compressibility and viscosity conditions adopted and it is verified the instability of the hyperbolic tangent profile. Then the high precision compact finite differences are presented along .vith approximation for the first and second derivatives for the central and boundary region of the computational domain. Finally, some results obtained from numerical simulations vlith differents Reynolds and Mach numbers are presented and the temporal evolution of coherent vortices is analysed.

SILVA, Petrúcio Barrozo da. Transporte de partículas em sistemas mesoscópicos. 2009. 140 f. Tese (Doutorado em Física) - Programa de Pós-Graduação em Física, Departamento de Física, Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2009. / Submitted by Edvander Pires (edvanderpires@gmail.com) on 2015-06-18T19:09:21Z No. of bitstreams: 1 2009_tese_pbsilva.pdf: 5386527 bytes, checksum: 013c727ad138df44286d71defdc66882 (MD5) / Approved for entry into archive by Edvander Pires(edvanderpires@gmail.com) on 2015-06-18T19:18:56Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2009_tese_pbsilva.pdf: 5386527 bytes, checksum: 013c727ad138df44286d71defdc66882 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-06-18T19:18:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2009_tese_pbsilva.pdf: 5386527 bytes, checksum: 013c727ad138df44286d71defdc66882 (MD5) Previous issue date: 2009 / In this work we investigate the transport properties of particles in mesoscopic systems. In the first part, we use the model originally proposed by Zapperi et al. (Phys. Rev. Lett. 86, 3622 (2001)) to describe the steady-state transport of overdamped particles in the presence of an obstacle and confined to a channel with width of the order of the characteristic size of the system. With this model, we obtain a non-linear first-order differential equation, whose solution in 1D is capable to describe the behavior of the particle density along a 2D channel for different particle systems (e.g., superconducting vortices, colloids and pedestrians, all simulated with molecular dynamics) and obstacle types (e.g, one energy barrier, a channel constriction and a network of pinning centers). We observe that such a model can be used to represent the flow of any system of overdamped particles, as long as the interactions between them can reach a distance greater than only the first neighbors. In the second part of this work, we investigate the flow of interacting particles (not necessarily overdamped) confined to a channel of asymmetrical walls. Here the main objective is to describe through molecular dynamics techniques both the flow of pedestrians as well as the transport of superconducting vortices through irregular channels. In both cases, we observe that the asymmetry of the confining walls can induce a preferential direction to the flow. In the case of pedestrians, our results indicate that, when two groups of people move in opposite directions in a ratcheted type of corridor, this induced order is also responsible for flow maximization. This order can be destroyed, however, when we change the total number of particles in the system, their target speed, the amplitude of the external added noise or the degree of the asymmetry of the channel. We also observe that the order-disorder transitions in this system are usually followed by metastability and hysteresis cycles. In the case of superconducting vortices, multiple depinning transitions are observed when there is a small comensurability field between the number of ratchets in the channel and the number of particles (vortices) in the system. / Neste trabalho, estudamos as propriedades do transporte de partículas em sistemas mesoscópicos. Na primeira parte, usamos o modelo proposto anteriormente por Zapperi et al. (Phys. Rev. Lett. 86, 3622 (2001)) para descrever o transporte de partículas superamortecidas e interagentes no estado estacionário, na presença de um obstáculo para o fluxo, e confinadas em um canal com largura da ordem do comprimento característico do sistema. Com este modelo, obtivemos uma equação diferencial de primeira ordem não-linear, cuja solução em 1D é capaz de descrever a densidade ao longo de um canal 2D para diferentes sistemas de partículas (e.g., vórtices em supercondutores, colóides e pedestres, todos simulados por dinâmica molecular) e diferentes tipos de obstáculos (e.g., uma barreira de energia, um canal com uma constrição e uma rede de pinos no centro do canal). Observamos que este modelo pode ser usado para descrever o escoamento de qualquer sistema de partículas superamortecido, desde que as interações entre elas possam alcançar distâncias maiores que os primeiros vizinhos. Na segunda parte deste trabalho, estudamos o escoamento de partículas interagentes (não necessariamente superamortecidas) confinadas por paredes assimétricas. Aqui o objetivo é descrever a dinâmica de pedestres e a dinâmica de vórtices em supercondutores. Em ambos os sistemas, as paredes assimétricas são responsáveis pela introdução de um sentido preferencial para o fluxo. No caso da dinâmica de pedestres, estudamos as propriedades do sistema quando os pedestres andam em sentidos opostos. Verificamos que este confinamento induz uma ordem responsável pela maximização do escoamento. Esta ordem pode ser destruída quando variamos a densidade, a velocidade, a razão entre a largura do canal e a sua rugosidade, o ruído externo e a assimetria do canal. Verificamos também que as transições de ordem-desordem neste sistema são acompanhadas de metaestabilidades e ciclos de histerese. No caso de vórtices em supercondutores, verificamos que, para pequenos campos de comensurabilidade entre o número de "catracas" e o número de vórtices, o sistema apresenta múltiplas transições de depinamento.