Métodos de Análise de Mapeamentos Não-Lineares com Aplicação à Física de Plasmas

Autor(es)

Kai Ullmann

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: São Paulo.
• Instituição: Universidade de São Paulo (USP). Instituto de Física (IF/SBI)
• Data de defesa: 1998-02-13

Membros da banca

Ibere Luiz Caldas; Ricardo Egydio de Carvalho; Sylvio Ferraz de Mello; Felipe Barbedo Rizzato; Jose Carlos Sartorelli

• Orientador: Ibere Luiz Caldas

Resumo

Inicialmente, deduzimos um mapeamento unidimensional dissipativo a dois parâmetros que representa um protótipo de osciladores suaves perturbados periodicamente, de forma impulsiva, por uma força externa de intensidade, direção e período constantes. Passamos a analisar os possíveis tipos de trajetória deste sistema, utilizando expoentes de Lyapunov, análise espectral, e números de rotação, entre outros algoritmos. Introduzimos também uma nova ferramenta de análise, denominada \"diagrama de bifurcação no espaço de frequências\". Fazemos então uma análise do sistema no plano de parâmetros, identificando as diversas regiões de distintos comportamentos dinâmicos (trajetórias periódicas, quase periódicas, e caóticas). Em seguida fazemos um estudo mais aprofundado das transições entre estas regiões, em especial das suas características gerais no espaço de frequências. Apresentamos um algoritmo para determinar as órbitas periódicas instáveis deste mapeamento, cujo estudo é de grande relevância para os métodos de controle de caos por pequenas perturbações, e fazemos uma análise estatística destas. Finalmente, fazemos um estudo do comportamento do sistema para parâmetros variando no tempo, tanto de forma regular, o que nos leva à detecção de atratores estranhos não caóticos e aos problemas envolvidos em sua caracterização, quanto de forma irregular, reproduzindo pequenas flutuações aleatórias, sempre presentes em situações experimentais. Na segunda parte da tese passamos a estudar modelos para o estudo das configurações de linhas de campo magnético no interior de um tokamac, quando perturbadas por um limitador ergódico magnético. Fazemos primeiro uma análise de alguns modelos já existentes e mostramos porque estes são inadequados para o tipo de estudo que pretendemos realizar. Em seguida, deduzimos um mapeamento bidimensional conservativo para descrever a evolução das linhas de campo magnético. Passamos então à análise das seções de Poincaré obtidas através deste mapa, utilizando expoentes de Lyapunov, fatores de segurança, e análise espectral, entre outros métodos. Finalmente, fazemos uma análise da difusão destas linhas de campo magnético, utilizando coeficientes locais de difusão e desenvolvendo uma representação gráfica que denominamos \"diagramas de escape. (AU)

• Processo FAPESP: 93/02498-0 - Controle de caos e turbulência em plasmas
• Beneficiário: Kai Ullmann
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado