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Tipo: TCC
Título : Estudo de criticalidade auto organizada
Autor : Magalhães, Alessandro Peixoto
Tutor: Oliveira, Cláudio Lucas Nunes de
Palabras clave en portugués brasileño: Sistemas complexos;Ponto crítico;Criticalidade auto organizada;Lei de potência
Palabras clave en inglés: Complex systems;Critical state;Self-organized criticality;Power-law
Fecha de publicación : 2023
Citación : MAGALHÃES, A. P. Estudo de criticalidade auto organizada. 2023. 41 f. Monografia (Bacharelado em Física) – Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2023.
Resumen en portugués brasileño: Neste trabalho, exploramos o conceito de Criticalidade Auto Organizada (CAO), um fenômeno pelo qual sistemas complexos evoluem naturalmente para um estado de transição de fase. Essa teoria propõe uma ligação interessante entre eventos cotidianos simples e desastres de grande escala, ambos resultantes de processos de auto organização. Para exemplificar a CAO, usamos a metáfora de uma pilha de areia que, ao receber grãos continuamente, mantém um ângulo específico de inclinação, simbolizando um estado perene de iminência de colapso, ou estado crítico. Neste trabalho, nós implementamos três modelos computacionais, conhecidos como Autômatos Celulares (AC), onde pixels em uma grade interagem e mudam de estado seguindo regras específicas. O primeiro modelo, chamado de ”Pilha de Areia", foi proposto por Per Bak. O segundo é uma modificação do modelo de pilha de areia tradicional onde consideração dissipação de energia. No terceiro, o modelo tradicional é modificado para considerar uma inclinação global fixa da pilha de areia. Observamos que, nesses sistemas auto organizados, ocorrem reestruturações abruptas, denominadas "avalanches", em todas as escalas espaciais possíveis dentro das limitações do tamanho do sistema. Essas avalanches seguem uma distribuição de frequência que adere a uma lei de potência com um expoente próximo a −1, sugerindo uma consistência nas ocorrências críticas independentemente de sua magnitude. Finalmente, discutimos os parâmetros que podem induzir a emergência do estado crítico em cada modelo, bem como as condições necessárias para que um sistema desenvolva a característica de CAO. Este estudo não só esclarece aspectos da complexidade em sistemas, mas também oferece insights sobre a natureza interconectada de fenômenos aparentemente isolados, proporcionando uma compreensão mais profunda de como padrões simples podem levar a comportamentos complexos e imprevisíveis.
Abstract: In this study, we investigate the Self-Organized Criticality (SOC), an intriguing phenomenon where complex systems spontaneously evolve towards a phase transition state. This concept unveils a compelling connection between ordinary daily occurrences and large-scale catastrophic events, both arising from the underlying principles of self-organization. To illustrate SOC, we employ the analogy of a continuously growing sandpile, which maintains a specific inclination angle, emblematic of a constant state of near-collapse, or a critical state. In this work, we implement three computational models, known as Cellular Automata (CA), where pixels in a grid interact and change state following specific rules. The first model, called ”Sandpile Model", was proposed by Per Bak. The second is a modification of the traditional sand pile model where energy dissipation is taken into account. In the third, the traditional model is modified to consider a fixed global slope of the sandpile. In these self-organizing environments, we observed the occurrence of abrupt structural changes, termed "avalanches", spanning all feasible spatial dimensions within the confines of the system’s size. Intriguingly, these avalanches exhibit a frequency distribution that aligns with a power law, marked by an exponent close to −1. This pattern indicates a remarkable consistency in the manifestation of critical events, irrespective of their scale. Furthermore, we engage in a detailed discussion on the specific parameters that may trigger the onset of the critical state in each CA model, as well as the essential conditions conducive to the development of SOC characteristics in a system. This research not only sheds light on the complexities inherent in various systems but also provides valuable insights into the interconnected nature of phenomena that, at first glance, appear to be isolated. It enhances our understanding of the intricate ways simple patterns can evolve into complex and unpredictable dynamics.
URI : http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/75323
Lattes del autor: http://lattes.cnpq.br/5109525673004650
ORCID del tutor: https://orcid.org/0000-0001-5810-031X
Lattes del tutor: http://lattes.cnpq.br/3184387618737576
Derechos de acceso: Acesso Aberto
Aparece en las colecciones: FÍSICA-BACHARELADO - Monografias

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