Neste trabalho apresentamos o estudo da variação da temperatura cinética de átomos aprisionados magneticamente bombeados por campos eletromagnéticos externos. Aprisionamos átomos de Sódio em uma armadilha magnética de quadrupolo e submetemos esses átomos a um campo magnético externo oscilante. Medimos a temperatura e o número dos átomos remanescentes na armadilha a partir de imagens de tempo de vôo. O processo de medida consiste em desligar a armadilha, deixando a nuvem atômica expandir balisticamente e então fazer uma imagem da fluorescência desses átomos gerada por um pulso de luz próximo da ressonância atômica. Do tamanho da nuvem e do número de fótons capturados podemos obter a temperatura e o número de átomos da amostra. Observamos um significativo resfriamento para algumas freqüências de oscilação do campo externo e posterior aquecimento para freqüências um pouco maiores. Observamos ainda simultaneamente ao resfriamento uma grande perda de átomos da armadilha. Por fim, apresentamos algumas simulações numéricas que reproduzem o fenômeno observado, bem como um modelo que explica os experimentos baseado em excitação seletiva dos átomos confinados pelo campo magnético externo. / In this work we present a study of the shift of the kinetic temperature of magnetically trapped atoms, excited by external electromagnetic fields. We trapped Sodium atoms in a quadrupole magnetic trap and applied an oscilating magnetic field to these atoms. We mesured the temperature and the number of the remaining atoms from time of flight images. The measure is done turning off the trap, leaving the cloud of atoms in a ballistic expansion and making an image of the fluorescence of these atoms after the shot of a near ressonant light. From the size of the cloud and the number of photons captured we can measure the temperature and number of atoms in the sample. We observed cooling of the atoms for some frequencies of the external field and heating for frequencies a bit larger. We observed that a high number of atoms were lost from the trap simultaneously with the cooling. Finally, we present numerical simulations that reproduce the observed phenomena and a model that explains the experiments\' results based on selective excitation of the trapped atoms by the external field.

Neste trabalho apresentamos o estudo da variação da temperatura cinética de átomos aprisionados magneticamente bombeados por campos eletromagnéticos externos. Aprisionamos átomos de Sódio em uma armadilha magnética de quadrupolo e submetemos esses átomos a um campo magnético externo oscilante. Medimos a temperatura e o número dos átomos remanescentes na armadilha a partir de imagens de tempo de vôo. O processo de medida consiste em desligar a armadilha, deixando a nuvem atômica expandir balisticamente e então fazer uma imagem da fluorescência desses átomos gerada por um pulso de luz próximo da ressonância atômica. Do tamanho da nuvem e do número de fótons capturados podemos obter a temperatura e o número de átomos da amostra. Observamos um significativo resfriamento para algumas freqüências de oscilação do campo externo e posterior aquecimento para freqüências um pouco maiores. Observamos ainda simultaneamente ao resfriamento uma grande perda de átomos da armadilha. Por fim, apresentamos algumas simulações numéricas que reproduzem o fenômeno observado, bem como um modelo que explica os experimentos baseado em excitação seletiva dos átomos confinados pelo campo magnético externo. / In this work we present a study of the shift of the kinetic temperature of magnetically trapped atoms, excited by external electromagnetic fields. We trapped Sodium atoms in a quadrupole magnetic trap and applied an oscilating magnetic field to these atoms. We mesured the temperature and the number of the remaining atoms from time of flight images. The measure is done turning off the trap, leaving the cloud of atoms in a ballistic expansion and making an image of the fluorescence of these atoms after the shot of a near ressonant light. From the size of the cloud and the number of photons captured we can measure the temperature and number of atoms in the sample. We observed cooling of the atoms for some frequencies of the external field and heating for frequencies a bit larger. We observed that a high number of atoms were lost from the trap simultaneously with the cooling. Finally, we present numerical simulations that reproduce the observed phenomena and a model that explains the experiments\' results based on selective excitation of the trapped atoms by the external field.

O presente trabalho trata da análise da dinâmica de um pêndulo simples excitado em seu suporte por um mecanismo biela-manivela de forma ideal e não-ideal. No caso ideal, verifica-se que o resultado da excitação por este tipo de mecanismo se aproxima do resultado da excitação harmônica de suporte do pêndulo quando o raio da manivela é suficientemente pequeno em comparação com o comprimento da biela. A equação diferencial do sistema é resolvida numericamente e resultados do comportamento pendular são obtidos através de mapas de fase, histórico no tempo e seções de Poincaré. Expoentes de Lyapunov são, também, obtidos para a análise de casos caóticos posteriormente comparados com diagramas de bifurcação. Bacias de atração são desenhadas para os resultados estáveis do pêndulo: oscilatórios ou rotativos. Os resultados obtidos para a excitação por biela-manivela são dos mesmos tipos de movimento observados no caso do pêndulo excitado harmonicamente no suporte, entre eles: ponto fixo, oscilação, rotação pura, oscilação-rotação e o caos. Para a frequência de ressonância principal observam-se resultados caóticos em faixas mais largas de amplitude quando o raio de manivela se aproxima do comprimento da biela. Em frequências ressonantes menores nenhuma relação desse tipo pôde ser estabelecida. Uma análise utilizando o mesmo mecanismo é também feita com excitação por potência limitada de um motor elétrico linear de corrente contínua onde se investigou o efeito de feedback dado pelo pêndulo sobre o motor. Esses resultados são comparados com o caso ideal com a manivela acionada com rotação constante. Observa-se uma supressão do caos no caso não-ideal em casos de menor potência no motor. Entretanto, quando a potência de motor é maior, o modelo ideal coincide com o não-ideal. / In this analysis it was studied the dynamics of a simple pendulum excited by a crank-shaft-slider mechanism in the support ideally and non-ideally. In the ideal case, it was verified the result for an excitation by a crank-shaft-slider approaches to the result of the harmonically excited pendulum when the radius of the crank is sufficiently small in comparison with the length of the shaft. The resultant differential equation is solved numerically and the results of pendulum behavior are obtained by phase portraits, time histories and Poincaré sections. It is also calculated the Lyapunov exponents for the chaotic cases in analysis and a comparison is performed with bifurcation diagrams in the same regions. Basins of attractions are plotted for stable results like oscillatory and rotational solutions. In the results observed for the crank-shaft-slider excitation there are kinds of motion similar to those observed in the harmonic excitation: fixed points, oscillation, pure rotations, oscillation-rotations and chaos. However, in the principal resonance zone, chaotic results were more frequent when the radius of crank approaches the shaft length. A brief analysis is done concerning the same mechanism, but considering the excitation by limited power supply of a linear DC motor. In the sequence it is checked the feedback effect from the pendulum over the motor and comparison with the respective ideal excitation is accomplished where differences are commonly observed. With greater power the ideal model coincides with the nonideal model. In cases of lower power, the two models diverge in the results.

Desenvolve uma pesquisa em dinâmica estrutural não-linear com enfoque teórico e experimental direcionada para uma importante classe de estruturas flexíveis. É motivada pelos novos requerimentos das indústrias em termos de inovações, das agências certificadoras em termos de segurança e conforto e, por restrições relativas ao meio ambiente cada vez mais severas. Como conseqüência, o cenário atual e os desafios da engenharia moderna são bem diferentes daqueles encontrados antigamente. Atualmente as estruturas são mais flexíveis e operam sob condições cada vez mais severas. O aumento da flexibilidade torna as não-linearidades mais ativas e, juntamente com a ação de diferentes formas de excitação, produzem um cenário dinâmico complexo. Neste cenário, diversos fenômenos dinâmicos intrinsicamente não-lineares podem se desenvolver e conseqüêntemente comprometer a integridade estrutural, prejudicar a operação e incrementar os problemas de ruído. Tais fenômenos são altamente perigosos, principalmente por não serem previstos e nem ao menos conhecidos pela teoria dinâmica linear. Dentre estes fenômenos, a pesquisa se propõe a abordar dois: vibrações ressonantes paramétricas e autoparamétricas. Especificamente, a pesquisa investiga a influência da viscosidade do meio de operação e da presença de excitações combinadas nos fenômenos de ressonância paramétrica. No caso das ressonâncias autoparamétricas o objetivo específico é avaliar técnicas experimentais na caracterização do fenômeno, assim como, promover entendimentos mais profundos sobre suas características. Para atingir os objetivos propostos, são construídas duas estruturas de laboratório com características aeronáuticas. A primeira faz alusão a um estabilizador vertical. Nesta estrutura foram desenvolvidos os trabalhos relativos à vibração ressonante paramétrica. A segunda é uma simplificação de um sistema estrutural asa-pilone-turbina. Nesta segunda estrutura foram avaliadas técnicas experimentais para a identificação, caracterização e análise da vibração ressonante autoparamétrica. Os resultados teóricos e experimentais demonstram que a viscosidade do meio de operação age positivamente na dinâmica da estrutura, reduzindo níveis máximos de vibração em regime permanente, simplificando a dinâmica em respostas transientes e facilitando as relações de estabilidade/instabilidade. Por fim, apresenta resultados experimentais demonstrando que a energia vibratória da asa pode ser transferida por intermédio de uma ressonância autoparamétrica principal para a sub-estrutura pilone-turbina resultando em níveis extremamente elevados de vibração. / This document presents results of theoretical and experimental investigations on the non-linear vibration characteristics of an important class of flexible structures. The motivation for such a study arises mainly from the increasing need for lightweight structural members. The weight reduction associated to the use of novel materials contribute to the increase of flexibility what can cause the appearance of nonlinear effects not previously observed. These nonlinear phenomena associated to the fact that, in field conditions the structure is frequently subjected to complex dynamic loads of different nature, results in a complex dynamic environment when estimation of the structure's dynamic response is concerned. Moreover, these nonlinear effects potentially may cause undesired vibration level, in some cases causing bad function and failure of the entire structure. The research is focused on studying the effects of medium viscosity as well as combined excitations on parametrically resonant vibrating structures. It is speciffically aimed characterize the phenomenons either analytically and experimentally by constructing laboratory test specimens that resemble aircraft structures. For that purpose a vertical fin is built in order to conduct experiments on the principal parametric resonance phenomenon. An analytical single degree of freedom model of this structure including nonlinear terms is derived and the results of numerically simulated results through perturbation technique are compared to experimental results obtained in the laboratory. A second structure is built that resembles a typical wing-pylon-engine substructure and it is used to study autoparametric resonance vibrations. In this case the structure is considered with multiple degrees of freedom and the results of a finite element model is correlated with experimentally obtained results. Theoretical and experimental results show that the environment viscosity affects in a significant manner the dynamic response of the structures under test, decreasing the maximum vibration levels in steady-state regime, simplifying the dynamics in transient responses and facilitating the relationship between instability/stability. At the end, it is shown experimental results demonstrating that vibratory energy from the wing substructure can be transferred by an autoparametric resonance to the substructure pylon-engine. All the experimental results do not found linear theory counterparts.

O presente trabalho trata da análise da dinâmica de um pêndulo simples excitado em seu suporte por um mecanismo biela-manivela de forma ideal e não-ideal. No caso ideal, verifica-se que o resultado da excitação por este tipo de mecanismo se aproxima do resultado da excitação harmônica de suporte do pêndulo quando o raio da manivela é suficientemente pequeno em comparação com o comprimento da biela. A equação diferencial do sistema é resolvida numericamente e resultados do comportamento pendular são obtidos através de mapas de fase, histórico no tempo e seções de Poincaré. Expoentes de Lyapunov são, também, obtidos para a análise de casos caóticos posteriormente comparados com diagramas de bifurcação. Bacias de atração são desenhadas para os resultados estáveis do pêndulo: oscilatórios ou rotativos. Os resultados obtidos para a excitação por biela-manivela são dos mesmos tipos de movimento observados no caso do pêndulo excitado harmonicamente no suporte, entre eles: ponto fixo, oscilação, rotação pura, oscilação-rotação e o caos. Para a frequência de ressonância principal observam-se resultados caóticos em faixas mais largas de amplitude quando o raio de manivela se aproxima do comprimento da biela. Em frequências ressonantes menores nenhuma relação desse tipo pôde ser estabelecida. Uma análise utilizando o mesmo mecanismo é também feita com excitação por potência limitada de um motor elétrico linear de corrente contínua onde se investigou o efeito de feedback dado pelo pêndulo sobre o motor. Esses resultados são comparados com o caso ideal com a manivela acionada com rotação constante. Observa-se uma supressão do caos no caso não-ideal em casos de menor potência no motor. Entretanto, quando a potência de motor é maior, o modelo ideal coincide com o não-ideal. / In this analysis it was studied the dynamics of a simple pendulum excited by a crank-shaft-slider mechanism in the support ideally and non-ideally. In the ideal case, it was verified the result for an excitation by a crank-shaft-slider approaches to the result of the harmonically excited pendulum when the radius of the crank is sufficiently small in comparison with the length of the shaft. The resultant differential equation is solved numerically and the results of pendulum behavior are obtained by phase portraits, time histories and Poincaré sections. It is also calculated the Lyapunov exponents for the chaotic cases in analysis and a comparison is performed with bifurcation diagrams in the same regions. Basins of attractions are plotted for stable results like oscillatory and rotational solutions. In the results observed for the crank-shaft-slider excitation there are kinds of motion similar to those observed in the harmonic excitation: fixed points, oscillation, pure rotations, oscillation-rotations and chaos. However, in the principal resonance zone, chaotic results were more frequent when the radius of crank approaches the shaft length. A brief analysis is done concerning the same mechanism, but considering the excitation by limited power supply of a linear DC motor. In the sequence it is checked the feedback effect from the pendulum over the motor and comparison with the respective ideal excitation is accomplished where differences are commonly observed. With greater power the ideal model coincides with the nonideal model. In cases of lower power, the two models diverge in the results.

Desenvolve uma pesquisa em dinâmica estrutural não-linear com enfoque teórico e experimental direcionada para uma importante classe de estruturas flexíveis. É motivada pelos novos requerimentos das indústrias em termos de inovações, das agências certificadoras em termos de segurança e conforto e, por restrições relativas ao meio ambiente cada vez mais severas. Como conseqüência, o cenário atual e os desafios da engenharia moderna são bem diferentes daqueles encontrados antigamente. Atualmente as estruturas são mais flexíveis e operam sob condições cada vez mais severas. O aumento da flexibilidade torna as não-linearidades mais ativas e, juntamente com a ação de diferentes formas de excitação, produzem um cenário dinâmico complexo. Neste cenário, diversos fenômenos dinâmicos intrinsicamente não-lineares podem se desenvolver e conseqüêntemente comprometer a integridade estrutural, prejudicar a operação e incrementar os problemas de ruído. Tais fenômenos são altamente perigosos, principalmente por não serem previstos e nem ao menos conhecidos pela teoria dinâmica linear. Dentre estes fenômenos, a pesquisa se propõe a abordar dois: vibrações ressonantes paramétricas e autoparamétricas. Especificamente, a pesquisa investiga a influência da viscosidade do meio de operação e da presença de excitações combinadas nos fenômenos de ressonância paramétrica. No caso das ressonâncias autoparamétricas o objetivo específico é avaliar técnicas experimentais na caracterização do fenômeno, assim como, promover entendimentos mais profundos sobre suas características. Para atingir os objetivos propostos, são construídas duas estruturas de laboratório com características aeronáuticas. A primeira faz alusão a um estabilizador vertical. Nesta estrutura foram desenvolvidos os trabalhos relativos à vibração ressonante paramétrica. A segunda é uma simplificação de um sistema estrutural asa-pilone-turbina. Nesta segunda estrutura foram avaliadas técnicas experimentais para a identificação, caracterização e análise da vibração ressonante autoparamétrica. Os resultados teóricos e experimentais demonstram que a viscosidade do meio de operação age positivamente na dinâmica da estrutura, reduzindo níveis máximos de vibração em regime permanente, simplificando a dinâmica em respostas transientes e facilitando as relações de estabilidade/instabilidade. Por fim, apresenta resultados experimentais demonstrando que a energia vibratória da asa pode ser transferida por intermédio de uma ressonância autoparamétrica principal para a sub-estrutura pilone-turbina resultando em níveis extremamente elevados de vibração. / This document presents results of theoretical and experimental investigations on the non-linear vibration characteristics of an important class of flexible structures. The motivation for such a study arises mainly from the increasing need for lightweight structural members. The weight reduction associated to the use of novel materials contribute to the increase of flexibility what can cause the appearance of nonlinear effects not previously observed. These nonlinear phenomena associated to the fact that, in field conditions the structure is frequently subjected to complex dynamic loads of different nature, results in a complex dynamic environment when estimation of the structure's dynamic response is concerned. Moreover, these nonlinear effects potentially may cause undesired vibration level, in some cases causing bad function and failure of the entire structure. The research is focused on studying the effects of medium viscosity as well as combined excitations on parametrically resonant vibrating structures. It is speciffically aimed characterize the phenomenons either analytically and experimentally by constructing laboratory test specimens that resemble aircraft structures. For that purpose a vertical fin is built in order to conduct experiments on the principal parametric resonance phenomenon. An analytical single degree of freedom model of this structure including nonlinear terms is derived and the results of numerically simulated results through perturbation technique are compared to experimental results obtained in the laboratory. A second structure is built that resembles a typical wing-pylon-engine substructure and it is used to study autoparametric resonance vibrations. In this case the structure is considered with multiple degrees of freedom and the results of a finite element model is correlated with experimentally obtained results. Theoretical and experimental results show that the environment viscosity affects in a significant manner the dynamic response of the structures under test, decreasing the maximum vibration levels in steady-state regime, simplifying the dynamics in transient responses and facilitating the relationship between instability/stability. At the end, it is shown experimental results demonstrating that vibratory energy from the wing substructure can be transferred by an autoparametric resonance to the substructure pylon-engine. All the experimental results do not found linear theory counterparts.

Made available in DSpace on 2017-07-21T19:25:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 lucas stori.pdf: 1232711 bytes, checksum: 264a44f2f6fc6eda1fa61e3d9e1d62f2 (MD5) Previous issue date: 2007-11-22 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The problem of so-called "quantum teleportation", or a transfer of the state of some quantum system to another quantum system has attracted attention of many authors. The aim of our study is to consider the effect of the quantum parametric excitation on the quantum information exchange between two modes of the electromagnetic field modeled by coupled quantum oscillators, where one of the oscillators has a time dependent frequency, as an extension of the case of two coupled modes considered. In the quantum case, the oscillators exchange not only energies, but also their quantum states and such an exchange can be interpreted as an ideal information transfer. We see that the possibility of quantum state exchange or information transfer can be detected in the most direct way by analyzing the Schrödinger propagator features in the coordinate representation. There are many different schemes of calculating the propagators of coupled oscillators, but the simplest one is that based on the theory of linear time dependent quantum invariants. Considering that the system in study models the coupled modes of the electromagnetic field, the interaction occurs in the domain of the weak interactions; the intensity of the coupling constants are small. Then we can consider the systems of differential equations for the dynamic behavior in the case of weak coupling limit. Starting with this argument, we can reduce the differential equations of first order to the only two groups of second order differential equations for all that ¸’s matrices. With the ¸’s matrices well determined, we can calculate the measured of entanglement, squeezing, purity and other quantum state properties of each mode in a particular case of Gaussian initial states. / O problema conhecido como "teletransporte quântico", ou transferência de estados quânticos, tem atraído a atenção de muitos autores. O objetivo de nosso estudo é considerar o efeito da excitação paramétrica quântica na troca de informação quântica entre dois modos do campo eletromagnético modelados por osciladores quânticos acoplados, onde um dos osciladores tem uma frequência dependente do tempo, sendo considerada o caso de dois modos acoplados. No caso quântico, os osciladores não trocam somente energias, mas também seus estados quânticos e tal troca pode ser interpretada como uma transferência de informação. Vemos que a possibilidade de troca de estados quânticos ou informação quântica pode ser verificadas de muitas maneiras pela análise direta do propagador de Schrödinger na representação das coordenadas. Existem várias maneiras diferentes de calcular o propagador de osciladores acoplados, mas uma maneira simples é baseada na teoria de invariantes quânticos dependentes linearmente do tempo. Considerando que o sistema em estudo é modelado por modos acoplados do campo eletromagnético, a interação ocorre nos domínios das interações fracas; a intensidade das constantes de acoplamentos são pequenas. Então, podemos considerar um sistema de equações diferenciais onde o seu comportameto dinâmico é dado no limite do acoplamento fraco. Iniciando com este argumento, nos reduzimos as equações diferenciais de primeira ordem em um conjunto de equações diferenciais de segunda ordem para as matrizes 0s. Com as matrizes ¸0s determinadas, nos podemos calcular medidadas de emaranhamento, compressão, pureza e outras propriedades de estados quânticos de cada modo em particular no caso de estados Gaussianos iniciais.