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Histere e Bi-estabilidade
                             R.A. Kraenkel



   VI Semana de Física da UFMA
            nov.2010
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De volta ao pêndulo
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 De volta ao pêndulo

• Vamos nos interessar novamente pelo
  pêndulo.
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 De volta ao pêndulo

• Vamos nos interessar novamente pelo
  pêndulo.
• Por um pêndulo forçado
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 De volta ao pêndulo

• Vamos nos interessar novamente pelo
  pêndulo.
• Por um pêndulo forçado
• De forma usual.
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 De volta ao pêndulo

• Vamos nos interessar novamente pelo
  pêndulo.
• Por um pêndulo forçado
• De forma usual.
• Usemos o pendulum lab
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Pêndulo: ressonância
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Pêndulo: ressonância
            Vimos que um pêndulo
          simples tem uma curva de
         ressonância como a do lado,
         SE as oscilações forem todas
              de baixa amplitude.
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Pêndulo: ressonância
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     Pêndulo: ressonância

Se nos aventurarmos
 no reino não-linear
termos um curva de
     ressonânica
     deformada.
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     Pêndulo: ressonância

Se nos aventurarmos
 no reino não-linear
termos um curva de
     ressonânica
     deformada.
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Bi-estabilidade
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        Bi-estabilidade
• No diagrama de ressonância não-linear
  temos um exemplo de bi-estabilidade:
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        Bi-estabilidade
• No diagrama de ressonância não-linear
  temos um exemplo de bi-estabilidade:
• podemos ter duas amplitudes para uma
  mesma força externa
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         Bi-estabilidade
• No diagrama de ressonância não-linear
  temos um exemplo de bi-estabilidade:
• podemos ter duas amplitudes para uma
  mesma força externa
• Isso, numa certa região.
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           Histerese

• Dizemos que temos histerese quando
  variamos umparâmetro externo lentamente
  num ciclo, mas ao final dele o sistema não
  volta ao estado inicial.
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Catástrofe
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           Catástrofe

• Vemos que biestabilidade vem
  acompanhade de transições abruptas.
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           Catástrofe

• Vemos que biestabilidade vem
  acompanhade de transições abruptas.
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           Catástrofe

• Vemos que biestabilidade vem
  acompanhade de transições abruptas.


• Quando saímos da região de bi-estabilidade
  o sistema se acomoda na solução estável
  única.
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Vegetaçào no Semi-
      Árido
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Vegetaçào no Semi-
      Árido
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Vegetaçào no Semi-
      Árido
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Água
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Água
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                Água


Colorado, USA          Kalahari, Namibia
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                     Água


  Colorado, USA                Kalahari, Namibia




A água é o principal limitante para o cresciemnto de
         vegetaçào em regiões semi-áridas
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Modelo de Klausmeier
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Modelo de Klausmeier
   w-- volume de água no solo
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Modelo de Klausmeier
   w-- volume de água no solo
      u -- biomassa vegetal
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Modelo de Klausmeier
   w-- volume de água no solo
      u -- biomassa vegetal
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 Modelo de Klausmeier
        w-- volume de água no solo
           u -- biomassa vegetal


chuva
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 Modelo de Klausmeier
           w-- volume de água no solo
              u -- biomassa vegetal


chuva   evaporação
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 Modelo de Klausmeier
           w-- volume de água no solo
              u -- biomassa vegetal


chuva   evaporação   consumo por
                       plantas
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 Modelo de Klausmeier
           w-- volume de água no solo
              u -- biomassa vegetal


chuva   evaporação   consumo por
                       plantas
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 Modelo de Klausmeier
           w-- volume de água no solo
              u -- biomassa vegetal


chuva   evaporação   consumo por
                       plantas




                              morte natural
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 Modelo de Klausmeier
           w-- volume de água no solo
              u -- biomassa vegetal


chuva   evaporação   consumo por
                       plantas




                              morte natural   consumo d’agua
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Forma adimensional
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Forma adimensional
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Forma adimensional
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Forma adimensional
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Forma adimensional
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Forma adimensional
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Pontos Fixos
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Pontos Fixos
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Interpretação
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Interpretação
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Interpretação
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Interpretação


        deserto
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Interpretação


        deserto
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         Interpretação


                           deserto




condições de existência da vegetação: precipitaçào
          maior que um certo mínimo
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Dois pontos fixos
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Dois pontos fixos
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Dois pontos fixos
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Histerese
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Sahara
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Mais realístico
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Dunas
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               Dunas
• Dunas podem ser móveis (aticvas) ou
  imóveis (fixas).
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               Dunas
• Dunas podem ser móveis (aticvas) ou
  imóveis (fixas).
• Tudo depende da vegetação nelas.
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               Dunas
• Dunas podem ser móveis (aticvas) ou
  imóveis (fixas).
• Tudo depende da vegetação nelas.
• As fixas tem vegetaçào
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               Dunas
• Dunas podem ser móveis (aticvas) ou
  imóveis (fixas).
• Tudo depende da vegetação nelas.
• As fixas tem vegetaçào
• As ativas não.
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               Dunas
• Dunas podem ser móveis (aticvas) ou
  imóveis (fixas).
• Tudo depende da vegetação nelas.
• As fixas tem vegetaçào
• As ativas não.
• A vegetação depende das condições do
  clima e do vento médio sobre as dunas.
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Lençois Maranhenses
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Lençois Maranhenses
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Lençois Maranhenses
          Ativas
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Lençois Maranhenses
          Ativas




                   Fixas
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Lençois Maranhenses
          Ativas
                   Se as condições
                    externas são
                    idênticas, por
                   que há dois tipo
                      de dunas?

                    Fixas
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Bi-estabilidade e Dunas
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Bi-estabilidade e Dunas
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Dinâmica de Vegetação
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Dinâmica de Vegetação
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      Dinâmica de Vegetação
   taxa de
crescimento
da biomassa
da vegetação
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      Dinâmica de Vegetação
   taxa de
crescimento
da biomassa
da vegetação


 crescimento “tipo”logístico
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      Dinâmica de Vegetação
   taxa de
crescimento
da biomassa
da vegetação


 crescimento “tipo”logístico
                           efeito do
                      movimento da areia
                       sobre a vegetaçào
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      Dinâmica de Vegetação
   taxa de
crescimento
da biomassa
da vegetação

                                           Efeito direto
 crescimento “tipo”logístico                 do vento
                                              sobre a
                           efeito do        vegetação
                      movimento da areia
                       sobre a vegetaçào
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Pontos fixos:
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Pontos fixos:
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Pontos fixos:
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Pontos fixos:


            Bi-estabilidade:
           co-existência de
             dois tipos de
                 dunas
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Final
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                         Final

•   Pêndulos, pororocas, dunas, florestas: tudo isso está ao nosso
    redor e pode conter física da mais interssante.
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                         Final

•   Pêndulos, pororocas, dunas, florestas: tudo isso está ao nosso
    redor e pode conter física da mais interssante.

•   Muitas vezes, a mesma física de sistemas de laboratório.
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                         Final

•   Pêndulos, pororocas, dunas, florestas: tudo isso está ao nosso
    redor e pode conter física da mais interssante.

•   Muitas vezes, a mesma física de sistemas de laboratório.

•   Matemática interessante tanbém.
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                         Final

•   Pêndulos, pororocas, dunas, florestas: tudo isso está ao nosso
    redor e pode conter física da mais interssante.

•   Muitas vezes, a mesma física de sistemas de laboratório.

•   Matemática interessante tanbém.

•   Portanto:
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                         Final

•   Pêndulos, pororocas, dunas, florestas: tudo isso está ao nosso
    redor e pode conter física da mais interssante.

•   Muitas vezes, a mesma física de sistemas de laboratório.

•   Matemática interessante tanbém.

•   Portanto:

•    ABRA OS OLHOS E NÃO TENHA MEDO DE ESTUDAR
         AQUILO QUE VOCÊ ACHA INTERESSANTE
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                         Final

•   Pêndulos, pororocas, dunas, florestas: tudo isso está ao nosso
    redor e pode conter física da mais interssante.

•   Muitas vezes, a mesma física de sistemas de laboratório.

•   Matemática interessante tanbém.

•   Portanto:

•    ABRA OS OLHOS E NÃO TENHA MEDO DE ESTUDAR
         AQUILO QUE VOCÊ ACHA INTERESSANTE
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       Obrigado pela
        audiência


• http://web.me.com/kraenkel/ufma

Histerese, Bi-estabilidade e Desertificação