Recorências e difusão anômala em sistemas Hamiltoneanos caóticos
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- Beatriz Machado
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1 Recorências e difusão anômala em sistemas Hamiltoneanos caóticos IFUSP - Março 2010 Eduardo. G. Altmann
2 Apresentação 1: Torus, mapa padrão, ilhas ao redor de ilhas
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7 Text
8 Apresentação II: Recorrências para detectar rompimento de tori
9 Interesse em sistemas temporalmente reversíveis (dinâmica quasi-hamiltoneana pode aparecer) Se mais de uma simetria esta presente no sistema a condição de torção (twist) é violada: Exemplo: Osciladores acoplados N=4
10 4 osciladores de fase acoplados: Sistema não Hamiltoneano mas com dinâmica quasi- Hamiltoneana e torus não torcidos!
11 Reconexões típicas de sistemas não torcionais também ocorrem em sistemas não Hamiltoneanos
12 Para o transporte de trajetórias é importante determinar quais parâmetros (ε,ω) o torus existe (divide o espaço de fases). Método: Verificar se uma trajetória que tem de pertencer ao torus (IP) satisfaz o teorema de Slater (e.g., máximo 3 Ts distintos). Particularmente útil quando: - Grande número de parâmetros (ε,ω) tem de ser varridos. Sistema de tempos contínuo (difícil integração/sessão de Poincaré) Parâmetros (ε,ω) próximos ao rompimento são escolhidos. Nesse caso ilhas ( stickiness ) fazem demais métodos muito lentos Limitação: -N=4, i.e., mapas bi-dimensionais
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14 Rompimento do torus
15 Exemplo: mapa bi-dimensional Jacobiano: Simetrias:
16 Exemplo: mapa bi-dimensional
17 Apresentação III: mapa linear por partes espaço de fases hierárquico
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21 Caso genérico / hierárquico
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23 Figure 2.3: (Color online) Sticking time distribution ρ(τ) for 100 different standard maps (2.14) with a constant K added to the y equation: K [0.5, 0.6],K [0, 0.2]. The central green (gray) curve is the average [for fixed ρ(τ)] over all curves, and the red curve (axis on the right) corresponds to the standard deviation of the curves (for fixed ρ(τ) projected to the x-axis). The further parameters are equivalent to those of Fig. 6.1b below.
24 Apresentação 1V: Efeito de ruído branco e altas dimensões no aprisionamento de trajetórias
25 Coupled standard maps: 2.1 Motivation / model 2.2 Noise perturbation 2.3 High dimensional
26 Qual o problema? (do ponto de vista de Mec. Estatística)
27 Qual o problema? (do ponto de vista de Mec. Estatística) Violate the hypothesis of strong chaos: 1. Ergodicity, i.e., negligible measure of regular components 2. Strong mixing, i.e., fast decay of correlations
28 Qual o problema? (do ponto de vista de Mec. Estatística) Violate the hypothesis of strong chaos: 1. Ergodicity, i.e., negligible measure of regular components 2. Strong mixing, i.e., fast decay of correlations What happens for increasing phase space dimension?
29 Coupled symplectic maps model C
30 Coupled symplectic maps model C
31 Coupled symplectic maps model Map is symplectic iff:
32 Coupled symplectic maps model Map is symplectic iff:
33 Coupled standard maps: 2.1 Motivation / model 2.2 Noise perturbation 2.3 High dimensional
34 2.2 Noise perturbation
35 2.2 Noise perturbation
36 2.2 Noise perturbation
37 2.2 Noise perturbation
38 2.2 Noise perturbation
39 2.2 Noise perturbation
40 RW 2.2 theory Noise perturbation
41 RW 2.2 theory Noise perturbation
42 2.2 Noise perturbation RW theory
43 Coupled standard maps: 2.1 Motivation / model 2.2 Noise perturbation 2.3 High dimensional
44 Coupled symplectic maps model C
45 Coupled symplectic maps model Ergodicity? C
46 Coupled symplectic maps model Ergodicity? C
47 Coupled symplectic maps model Ergodicity?
48 Coupled symplectic maps model 1. Ergodicity, i.e., negligible measure of regular components e.g., zero measure sets on Bunimovich stadium Billiards 2. Strong mixing, i.e., fast decay of correlations? N=2-5 show power-law behavior [Kantz, Grassberger (1987), Ding, Bountis, Ott (1990)]
49 Coupled symplectic maps model Strong mixing?
50 Coupled symplectic maps model Strong mixing?
51 Coupled symplectic maps model Strong mixing?
52 Coupled symplectic maps model Strong mixing?
53 Coupled symplectic maps model
54 Coupled symplectic maps model
55 Coupled symplectic maps model
56 Coupled symplectic maps model
57 Coupled symplectic maps model Strong mixing?
58 Coupled symplectic maps model Strong mixing? ξ =0.05 N=2,3,4,5 ξ =0.05 N=2,3,...,15
59 Coupled symplectic maps model Strong mixing?
60 Coupled symplectic maps 1. Ergodicity, i.e., negligible measure of regular components 2. Strong mixing, i.e., fast decay of correlations Non-exponential decay, but sufficiently fast power-law
61 Apresentação V: fluído incompressível
62 Passive scalar field θ( x, t) (contaminant), advected by a flow with velocity field given by v(x, t) [Aref,1984] θ t +.( vθ) =D m 2 θ, where D m is the molecular diffusion coefficient. The motion of fluid elements (Lagrangian description) is written as d x dt = v( x, t)+η(t), where η i (t)η j (t ) =2D m δ i,j δ(t t ). Consider an incompressible. v =02-D fluid x =(x, y). In this case there exist a stream function ψ(x, y, t) such that dx dt = v x = ψ y and dy dt = v y = ψ x.
63 I- One model with generic features Consider a fluid channel infinite in the x direction having the following two flows: Laminar regime: ψ 1 (x, y) = v 1 sin(πy); Vortex regime: ψ 2 (x, y) =v 2 cos(2x)(1 y 2 ) 2 Doktorandentag 12/12/2006 p.4/11
64 I- One model with generic features Alternating periodically between the two regimes in a period t 0 and mapping the evolution from nt 0 (n + 1)t 0 one gets x n = x n+1 + λ sin(πy n ) 2ρ π y n(1 yn) 2 cos[2π(x n + 1)] + ξδ n, y n+1 = y n ρ(1 yn) 2 2 sin[2πx n+1 ]+ξδ n. I- One model with generic features ρ = πv 2 t 0 /2 intensity of the vortex regime; x n x n+1 + λ sin(πy n ) 2ρ π y n(1 yn) 2 λ = v 1 t 0 /2 intensity of cos[2π(x n + 1)] + ξδ n, y n+1 = y n Alternating ρ(1 periodically yn) 2 the 2 laminar regime; ξ intensity of the white noise sin[2πx variable between n+1 δ (ξ the ]+ξδ two Dregimes n. m ); in a period t 0 and mapping the evolution from nt 0 (n + 1)t 0 one gets The value ρ =0.6 x n will = xbe n+1 fixed + λand sin(πy initially n ) 2ρ the π y n(1 deterministic yn) 2 cos[2π(x case n + ξ =0 1)] + ξδ n, is considered y for two n+1 = values y n ρ(1 of λ yn) 2 2 sin[2πx n+1 ]+ξδ n. ρ = πv 2 t 0 /2 intensity of the vortex regime; λ = v 1 t 0 /2 intensity of the laminar regime; ξ intensity of the white noise variable δ (ξ D m ); Doktorandentag 12/12/2006 p.5/11 The value ρ =0.6 will be fixed and initially the deterministic case ξ =0 is considered for two values of λ
65 Alternating periodically between the two regimes in a period t 0 and mapping the evolution from nt 0 (n + 1)t 0 one gets Espaço misto para dois parâmetros de controle x n = x n+1 + λ sin(πy n ) 2ρ π y n(1 yn) 2 cos[2π(x n + 1)] + ξδ n, y n+1 = y n ρ(1 yn) 2 2 sin[2πx n+1 ]+ξδ n. ρ = πv 2 t 0 /2 intensity of the vortex regime; λ = v 1 t 0 /2 intensity of the laminar regime; ξ intensity of the white noise variable δ (ξ D m ); The value ρ =0.6 will be fixed and initially the deterministic case ξ =0 is considered for two values of λ Doktorandentag 12/12/2006 p.5/
66 Transporte super-difusivo!x "=0.25 "=1 #=1 (normal diffusion) #=2 (ballistic motion) t
67 x flying flying trapping flying!=1!=0.25 y y flying flying trapping flying number of iterations - n
68 Estatísitca de aprisionamento e voo Flights #=1 Flights #=0.25 Traps #=0.25 "(!) !
69 Efeito da difusão molecular no aprisionamento $=1 flies $=0.25 flies $=0.25 traps #=0 #=0.005 #= "(!) 10-5 "(!) 10-5 "(!) ! ! ! Tempo final do regime de super-aprisionamento t~ 1/ξ 2
70 Coeficiente de difusão como função do tempo (a) #=0.6 $=1 D=!x 2 /t "=0 "= "=0.001 "=0.002 "=0.01 "=0.1 λ= e+05 t
71 Coeficiente de difusão como função do tempo λ=0.25
72 Difusão total (advecção+molecular) como função da difusão molecular
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