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Tipo: Tese
Título: Dinâmica de Langevin para partículas repulsivas: sistemas confinados e segregação baseada em difusividade
Autor(es): Gomes, Marciel Carvalho
Orientador: Moreira, André Auto
Palavras-chave em português: Instabilidade Plateau-Rayleigh;Misturas binárias;Partículas repulsivas;Sistemas autopropelidos;Sistemas superamortecidos
Palavras-chave em inglês: Binary mixtures;Overdamped systems;Plateau-Rayleigh Instability;Repulsive particles;Self-propelled systems.
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA::FISICA DA MATERIA CONDENSADA
Data do documento: 2025
Citação: GOMES, M. C. Dinâmica de Langevin para partículas repulsivas: sistemas confinados e segregação baseada em difusividade. Tese (Doutorado em Física: Física da Matéria Condensada) - Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2025.
Resumo: Neste trabalho, apresentamos os resultados do estudo da dinâmica de dois sistemas no regime superamortecido. Na primeira parte, investigamos um sistema de partículas repulsivas em meios dissipativos. Na segunda parte, abordamos uma instabilidade do tipo Plateau-Rayleigh em um sistema de mistura binária de partículas autopropelidas. A dinâmica de partículas repulsivas em concentrações locais pode ser descrita por uma equação difusiva não linear. Para desenvolver esses modelos de coarse-grained, é essencial identificar as forças que atuam sobre as partículas dispersas, considerando a concentração local e seu gradiente. Neste estudo, investigamos como a parametrização do modelo de coarse-grained pode ser definida ao analisar as características do estado estacionário em sistemas com um perfil de concentração constante. Realizamos isso por meio de simulações de Monte Carlo para esses estados homogêneos em temperaturas específicas. Além disso, utilizamos dados de simulações numéricas de Dinâmica Molecular para validar com sucesso as previsões de nosso modelo contínuo. A dinâmica de ruptura é fundamental para entender instabilidades em dinâmicas de fluidos e sistemas biológicos, sendo um tema amplamente estudado. Ao estudar a dinâmica de partículas autopropelidas, observamos características semelhantes às conhecidas como Instabilidade de Plateau-Rayleigh, um fenômeno típico em jatos de líquidos. Neste estudo, investigamos a ruptura de configurações bidimensionais que lembram canais em uma mistura binária de partículas autopropelidas sob diferentes temperaturas. Por meio de simulações computacionais, analisamos a evolução dessa instabilidade em várias condições. Nossos resultados indicam que, embora nosso sistema interaja com um potencial repulsivo, ele apresenta características semelhantes à instabilidade de Plateau-Rayleigh observada em líquidos, que é causada pela tensão superficial, ou seja, pelas forças coesivas entre as moléculas do líquido. Identificamos que a aplicação de uma força externa foi um fator crucial para a manutenção da instabilidade no sistema. Esta força, direcionando as partículas em um único sentido, demonstrou que, à medida que sua intensidade aumentava, tornava-se predominante em relação aos efeitos da temperatura, estabilizando assim o sistema.
Abstract: In this work, we present the results of the study of the dynamics of two systems in the overdamped regime. In the first part, we investigate a system of repulsive particles in dissipative media. In the second part, we address a Plateau-Rayleigh type instability in a binary mixture of self-propelled particles. The dynamics of repulsive particles at local concentrations can be described by a nonlinear diffusive equation. To develop these coarse-grained models, it is essential to identify the forces acting on the dispersed particles, considering the local concentration and its gradient. In this study, we investigate how the parameterization of the coarse-grained model can be defined by analyzing the characteristics of the steady state in systems with a constant concentration profile. We accomplish this through Monte Carlo simulations for these homogeneous states at given temperatures. We use results from molecular dynamics numerical simulations to successfully test the predictions of our continuum model. The dynamics of rupture is fundamental to understanding instabilities in luid dynamics and biological systems and is a widely studied topic. When studying the dynamics of self-propelled particles, we observed characteristics similar to those known as Plateau-Rayleigh Instability, a typical phenomenon in liquid jets. In this study, we investigate the breakup of two-dimensional configurations resembling channels in a binary mixture of self-propelled particles under different temperatures. Through computational simulations, we analyze the evolution of this instability under various conditions. Our results indicate that although our system interacts with a repulsive potential, it exhibits characteristics similar to the Plateau-Rayleigh instability observed in liquids, which is caused by surface tension, i.e., the cohesive forces among the liquid molecules. We identified that the application of an external force was a crucial factor for maintaining instability in the system. This force, directing the particles in one direction, demonstrated that as its intensity increased, it became predominant over the effects of temperature, thereby stabilizing the system.
Descrição: GOMES, M. C. Dinâmica de Langevin para partículas repulsivas: sistemas confinados e segregação baseada em difusividade. Tese (Doutorado em Física: Física da Matéria Condensada) - Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2025.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/80365
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
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