Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / PadrÃes de invariÃncia de escala, associados à leis de potÃncia, sÃo frequentemente observados na natureza. Alguns exemplos sÃo: flutuaÃÃes em preÃos de itens de bolsa de valores e outros investimentos, alÃm do espectro de energia em sistemas turbulentos. Esses dois sistemas e vÃrios outros que exibem invariÃncia de escala tÃm propriedades em comum: compÃem-se de vÃrios elementos que interagem de forma nÃo linear, estÃo fora do equilÃbrio e exibem auto-organizaÃÃo. InvariÃncia de escala tambÃm à encontrada
nas correlaÃÃes observadas no ponto crÃtico de sistemas que apresentam transiÃÃes de fase. O conceito de criticalidade
auto-organizada sugere que as propriedades de invariÃncia emergem espontaneamente em sistema complexos.
VÃrios modelos exibem propriedades criticamente auto-organizadas, entre eles percolaÃÃo invasiva, pilhas de areia e o modelo de desnÃveis, no entanto, nÃo se sabe ao certo quais os ingredientes necessÃrios para criticalidade emergir. Sabe-se que essa propriedade se manifesta em alguns sistemas difusivos nÃo lineares. Nesse trabalho, introduzimos um potencial confinante em um modelo de difusÃo unidimensional com uma nÃo linearidade singular no coeficiente de difusÃo e analisamos a influÃncia dessa
mudanÃa no estado estacionÃrio do sistema. Conseguimos, entÃo, derivar uma equaÃÃo de difusÃo do modelo e obtemos
uma soluÃÃo para o perfil de densidade. Nossa soluÃÃo analÃtica concorda perfeitamente com os resultados numÃricos. Fizemos, ainda, um estudo estatÃstico
do perfil de avalanches do modelo, e obtemos perfis de avalanche em leis de potÃncia, o que normalmente nÃo à observado em outros sistemas unidimensionais. Analisamos, ainda, como esses perfis variam na medida que se aumenta o confinamento, e usando transformaÃÃes de escala encontramos uma curva universal para os perfis de distribuiÃÃo de tamanhos de avalanche. Nossos
resultados demonstram que a aÃÃo do confinamento em um sistema unidimensional pode levar ao surgimento da invariÃncia de escala. / Patterns of scale invariance, associated with power laws, are often found in nature, for instance, in the fluctuations of prices of items in stock markets and in the energy spectrum of turbulent systems. These two systems and many others that exhibit scale invariance present some common properties: they are comprised of several elements
that interact in a non-linear way, are not in equilibrium, and exhibit self-organization. Scale invariance is also found in the correlations observed in the critical state of systems that present phase transitions. The concept of
self-organized criticality suggests that the properties of invariance spontaneously arise in complex systems.
Several models exhibit properties of self-organized critically, including invasion percolation, sand-piles and
the trough model, however it is not clear what are the necessary ingredients for criticality to arise. It is known that this property appears in some non-linear diffusive systems. In this work, we introduce a confining potential in a one-dimensional diffusion model with a singular non-linearity on diffusion coefficient, and analyze how this affects in the steady state of the system. We then derive a diffusion equation and obtain a solution for stationary density profile. Our analytical solution is in good agreement with the numerical results. We also present a statistical study of the distribution of avalanches sizes in this model, and obtain profiles following power laws, what is not usually observed in other one-dimensional systems. We also investigated how these profiles vary when the confinement increases, and using finite size scaling we found a universal curve for the distribution of avalanche sizes. Our results show that the action of confinement in a one-dimensional system can yield scale invariance.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:www.teses.ufc.br:6488 |
| Date | 15 March 2013 |
| Creators | Rilder de Sousa Pires |
| Contributors | Andrà Auto Moreira |
| Publisher | Universidade Federal do CearÃ, Programa de PÃs-GraduaÃÃo em FÃsica, UFC, BR |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFC, instname:Universidade Federal do Ceará, instacron:UFC |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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