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Condições de energia de hawking e ellis e a equação de raychaudhuri
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2011-04-14) Santos, Crislane de Souza; Santos, Janilo; ; http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4763288H3; ; http://lattes.cnpq.br/6091154060392484; Alcaniz, Jailson Souza de; ; http://lattes.cnpq.br/4351190607357917; Carvalho Filho, Joel Câmara de; ; http://lattes.cnpq.br/4585335971279853; Medeiros, Deusdedit Monteiro; ; http://lattes.cnpq.br/2725714861694839
Na teoria da Relatividade Geral de Einstein as equações de campo relacionam a geometria do espaço-tempo com o conteúdo de matéria e de energia, fontes do campo gravitacional. Esse conteúdo é descrito por um tensor de segunda ordem, conhecido como tensor energia-momento. Por outro lado, os tensores energia-momento que possuem significado físico não são especificados por essa teoria. Na década de 70, Hawking e Ellis estabeleceram algumas condições, consideradas plausíveis do ponto de vista físico, com o intuito de limitar as arbitrariedades desses tensores. Essas condições ficaram conhecidas como condições de energia de Hawking-Ellis, desempenham papéis importantes no cenário da gravitação. Elas são largamente usadas como poderosas ferramentas de análise, desde a demonstração de importantes teoremas relativos ao comportamento de campos gravitacionais e geometrias associadas, comportamento quântico da gravitação, até as análises de modelos cosmológicos. Nesta dissertação apresentamos uma dedução rigorosa das várias condições de energia em voga atualmente na literatura científica, tais como: Condição de Energia Nula (NEC), Condição de Energia Fraca (WEC), Condição de Energia Forte (SEC), Condição de Energia Dominante (DEC) e Condição de Energia Dominante Nula (NDEC). Tendo em mente as aplicações mais corriqueiras em Gravitação e Cosmologia, as deduções foram feitas inicialmente para um tensor energia-momento de um fluido perfeito generalizado e depois estendidas aos campos escalares com acoplamento mínimo e não-mínimo ao campo gravitacional. Apresentamos também um estudo sobre as possíveis violações de algumas dessas condições de energia, visando o estudo da natureza singular de algumas soluções exatas da Relatividade Geral de Einstein, em 1955, o físico indiano Raychaudhuri derivou uma equação que hoje é considerada fundamental para o estudo da atração gravitacional da matéria, a qual ficou conhecida como equação de Raychaudhuri. Essa célebre equação é considerada o alicerce da compreensão da atração gravitacional em Astrofísica e Cosmologia e dos teoremas de Singularidades, como por exemplo, o teorema de Hawking e Penrose sobre a singularidade do colapso gravitacional. Nesta dissertação derivamos a equação de Raychaudhuri, o teorema de Frobenius e o teorema da Focalização para congruências tipo-tempo e tipo-nulas de uma variedade pseudo-riemanniana. Discutimos o significado geométrico e físico dessa equação, sua conexão com as condições de energia, e algumas de suas inúmeras aplicações.
Ensino de termodinâmica através da construção de instrumentos de medição de variáveis meteorológicas e da confecção de mini estação meteorológica portátil com Arduino
(2018-06-29) Vidal, Rafaella Sayonara Marques Ferreira; Medeiros, Deusdedit Monteiro; ; ; Lisboa, Ronai Machado; ; Medeiros, Subenia Karine de;
Não é fácil ensinar os princípios da Termodinâmica para os alunos do Ensino Médio, dada a dificuldade de relacionar o quotidiano do aprendiz com o conhecimento acadêmico de forma significativa. Portanto, essa dissertação tem como objetivo propor um manual didático para a confecção de uma miniestação meteorológica portátil, para diminuir as dificuldades no ensino da Termodinâmica. Na construção desse experimento, será possível o estudo das variáveis de estado termodinâmicas utilizando o Arduino como plataforma de monitoramento. Inicialmente será apresentada uma breve explanação do ensino da Termodinâmica, assim como as técnicas utilizadas nesse trabalho que serviram para corroborar a proposta do produto. Será abordada depois a construção de instrumentos que serviram para tornar significativa a aprendizagem por meio da experimentação e da tecnologia. Na sequência, será apresentada a aplicação do produto no Centro Educacional Agnus Dei. Por fim, serão expostas as conclusões da presente dissertação, acrescentando as perspectivas do trabalho, com a possível submissão de um artigo em revista especializada.
Equação de estado para a atmosfera do tipo Van der Waals
(Anuário do Instituto de Geociências - UFRJ, 2020) Silva, Douglas do Nascimento; Medeiros, Deusdedit Monteiro; Silva, Isamara de Mendonça; Mendes, David
In this paper, we first analyze the atmosphere as a gas mixture per unit mass, which is governed by Van der Waals equation, considering the main components of the air and their respective critical properties (critical temperature TC and critical pressure pC ). After adjusting the corresponding constants and calling them I and D, we find Van der Waals state equation for the atmosphere in this context. Next, we analyze the order of magnitude of the terms in that equation and propose a Van der Waals-like form state equation depending only on D, which we call WD state equation. Additionally, we consider a physical approach for Van der Waals equation for the atmosphere, studying the pressure terms concerning intermolecular forces of repulsion and attraction in the air, and once again we find the previous WD state equation. With this new proposal, we verify that the potential temperature and the equivalent potential temperature hold for the same expressions as those set forth in atmospheric thermodynamics under the analysis of the ideal gas law. However, we discover corrections that depend on D in both the alternative form of the first law of thermodynamics and the virtual temperature
Estimativa do vapor d’água integrado utilizando dados de estações GNSS terrestres para aplicações na troposfera sobre as cidades de Natal e Mossoró, no Estado do Rio Grande do Norte, Brasil
(2016-09-28) Carvalho Filho, Gilvan Lutero de; ; http://lattes.cnpq.br/6527261150258220; ; http://lattes.cnpq.br/0350214420414541; Medeiros, Deusdedit Monteiro; ; http://lattes.cnpq.br/2725714861694839; Silva, Francisco Raimundo da; ; http://lattes.cnpq.br/8108005238239748; Araújo, José Humberto de; ; http://lattes.cnpq.br/2455132422249405
A técnica de análise de sinais GNSS (Global Navigation Satellite System) emitidos por satélites tem sido largamente utilizada no campo da geodinâmica e da geodesia, como sensor para medidas de velocidades e deslocamentos de placas tectônicas e da representação da forma e da superfície da Terra. No entanto, o sinal proveniente do satélite sofre atrasos ao atravessar a atmosfera terrestre, especificamente em duas das suas camadas: (a) a camada ionosférica, na qual o sinal sofre atraso pela presença de átomos ionizados nesta região, e (b) a camada troposférica, onde o atraso acontece devido a presença de vapor d’água na região, sendo fortemente relacionado à quantidade de vapor d’água precipitável presente na mesma. Neste trabalho apresenta-se uma análise de dados de sinais GNSS, coletados em estações receptoras de superfície, visando aplicações relacionadas ao cálculo da quantidade de vapor d´água na troposfera. Os dados dos sinais GNSS foram obtidos diretamente do IBGE (Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística) através da RBMC (Rede Brasileira de Monitoramento Continuo dos Sistemas GNSS). O processamento dos dados foi realizado utilizando-se o software GIPSY (GPS Inferred Positioning System) do JPL-NASA (Jet Propulsion Laboratory), que processa os dados observados dos satélites e fornece os valores de ZTD (Zenital Tropospheric Delay) ou Atraso Zenital Troposférico. A partir do conhecimento da temperatura e da pressão na posição da antena receptora dos sinais, determinou-se o IWV (Integrated Water Vapor), que representa o vapor d´água integrável na coluna atmosférica e está relacionado à pluviometria local. Aplicações foram feitas para as cidades de Natal e Mossoró. Das séries temporais dos parâmetros ZWD, IWV e Pluviometria – obtidas do INMET (Instituto Nacional de Meteorologia) - foram realizadas as correlações estatísticas entre estas variáveis, utilizando-se o software R. Correlações estatísticas entre sinais de GNSS e de Pluviometria vêm sendo usada como ferramenta de auxílio para a PNT (Previsão Numérica de Tempo). Este trabalho mostra, sem sombra de dúvida, que o parâmetro IWV pode ser utilizado como dado de entrada para aplicações de Nowcasting.
Investigando os padrões de teleconexão associados à estação chuvosa e analisando a homogeneidade e a tendência em índices extremos de precipitação no norte do nordeste do Brasil
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2021-02-26) Silva, Isamara de Mendonça; Medeiros, Deusdedit Monteiro; ; http://lattes.cnpq.br/2725714861694839; ; http://lattes.cnpq.br/7451132975780829; Mendes, David; ; http://lattes.cnpq.br/4411895644401494; Sakamoto, Meiry Sayuri; ; http://lattes.cnpq.br/0867274169837785
Nessa dissertação, um primeiro estudo utilizou o modelo oculto de Markov para descrever a ocorrência e a intensidade diária das chuvas em quatro estações meteorológicas na Região Metropolitana de Fortaleza no Norte do Nordeste do Brasil (NNB), e os padrões de teleconexão que influenciam o regime de precipitação durante a estação chuvosa (fevereiro, março, abril e maio) de 1975 a 2013. Um modelo com quatro estados ocultos foi associado às condições climáticas: muito chuvoso (1), chuvoso (2), menos chuvoso (3) e seco (4), concordando satisfatoriamente com a variabilidade interanual da estação chuvosa nesta região. O estado 2 foi o único que apresentou uma tendência estatística, indicando uma provável diminuição da ocorrência de precipitação na estação chuvosa. Foi mostrado ainda que a meteorologia associada aos estados 2 e 4 está fortemente relacionada ao El Niño-Oscilação Sul e ao tripolo do Atlântico Norte, e está intrinsecamente condicionada aos padrões atmosféricos de larga escala do Hemisfério Norte. Todos esses mecanismos modularam o deslocamento da Zona de Convergência Intertropical (ZCIT) para o Sul (estado 2) ou para o Norte (estado 4), afetando a ocorrência de precipitação no NNB. O estado 1 se distinguiu pela influência do Modo Meridional do Atlântico e pelo deslocamento da ZCIT mais ao Sul, enquanto o estado 3 foi identificado pela ausência de padrões de teleconexão. Um segundo estudo investigou a homogeneidade e a tendência de onze índices extremos de precipitação a partir de um conjunto de dados diários de 84 pluviômetros no estado do Ceará, localizado no NNB, de 1974 a 2018, nas escalas de tempo anual e sazonal. Os dados foram inicialmente submetidos aos processos de preenchimento de falhas e de controle de qualidade. Para a homogeneidade, a maioria das séries de precipitação foram classificadas como "úteis" e os índices de precipitação de dias secos foram mais suscetíveis às quebras do que as variáveis de dias chuvosos. Os anos de quebra significativos das séries concordaram bem com os eventos de El Niño e de La Niña, sugerindo uma investigação profunda dessa possível conexão. Os índices de precipitação de dias chuvosos e secos apresentaram em sua maioria tendências decrescentes e crescentes, respectivamente, indicando queda no regime de chuvas no Ceará, principalmente nas regiões centro-leste, noroeste e sul, nos períodos anual e chuvoso. A curva de LOWESS mostrou mudanças em quase todas as séries durante as décadas de 1980 e 1990, coincidindo com as quebras de homogeneidade e os anos de fortes secas na região. Os coeficientes de correlação foram fortes e significativos entre todos os índices de precipitação e as demais variáveis, parecendo induzir mudanças na precipitação total.
Modeling precipitation occurrence in Northeast Brazil using a hidden Markov model: understanding the dynamic connections of rainy seasons
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2025-01-29) Silva, Isamara de Mendonça; Mendes, David; Medeiros, Deusdedit Monteiro; https://orcid.org/0000-0003-3221-679X; http://lattes.cnpq.br/2725714861694839; https://orcid.org/0000-0003-1418-5109; http://lattes.cnpq.br/4411895644401494; https://orcid.org/0000-0002-8474-7333; http://lattes.cnpq.br/7451132975780829; Presa, Luís Gimeno; Mesquita, Michel dos Santos; Ambrizzi, Tercio; Gonçalves, Weber Andrade
As chuvas sobre o Nordeste do Brasil (NEB) apresentam grande variabilidade climática e são altamente sazonais e intrinsecamente condicionadas a mudanças na circulação atmosférica em grande escala. Este trabalho tem como objetivo empregar o modelo oculto de Markov (HMM) para descrever a ocorrência diária de precipitação no NEB para o verão e outono. Utilizamos um banco de dados de precipitação para estimar os parâmetros do modelo durante o período de 1980 a 2015. O Critério de Informação Bayesiano (BIC) é aplicado para avaliar o ajuste do modelo e então gerar a sequência de Viterbi. Caracterizamos a circulação atmosférica em larga escala dos estados ocultos. Posteriormente, são descritos variabilidade intrasazonal e interanual dos estados ocultos para as chuvas de verão no NEB. Considerando que a variabilidade interanual dos estados ocultos são avaliados para as chuvas de outono e seus potenciais preditores. Os resultados para o verão apresentam um HMM com quatro estados, estados 1 (SS1), 2 (SS2), 3 (SS3) e 4 (SS4). O SS1 e SS3 correspondem às condições úmidas versus secas associadas à interação entre a Zona de Convergência Intertropical (ZCIT) e o Sistema de Monções Sul-Americano (SAMS). As SS2 e SS4 apresentam uma gangorra sudoeste-noroeste de ocorrência de precipitação, associada a condições antissimétricas entre a ZCIT e a Zona de Convergência do Atlântico Sul (ZCAS). A Oscilação Madden Julian (MJO) parece afetar o desenvolvimento da ZCAS em SS3 e SS4. No SS4, o MJO influenciou a convecção no noroeste do NEB durante as fases 8-1-2. Durante a oscilação Quase Bienal de leste (EQBO), a atividade convectiva nas regiões ZCAS é intensificada em SS3 e SS4 durante a fase 1 do MJO e enfraquecida em SS4 durante as fases 1, 3 e 4. SS1 (SS3) é pré-condicionado por um Dipolo do Oceano Atlântico Sul (SAOD) positivo (negativo). SS2 (SS4) é modulado por um El NiñoOscilação Sul (ENSO) positivo (negativo). Os resultados para o outono apresentam um HMM de quatro estados, estados 1 (AS1), 2 (AS2), 3 (AS3) e 4 (AS4). A sequência de estados AS3 → AS2 → AS4 ↔ AS1 descreve os padrões de precipitação de outono no NEB. O ZCIT e o SAMS fundem-se (separam-se) em AS2 (AS1) numa extensão maior (menor) do que a climatologia e o NEB tornam-se largamente húmido (seco). AS3 é caracterizado por eventos de ZCAS, enquanto AS4 está associado a um evento anômalo de Distúrbio Ondulatórios de Leste (EWD). AS3 (AS4) também sofre a influência de uma mudança para sudeste (noroeste) da Alta Subtropical do Atlântico Sul (SASH). Os quatro estados são impulsionados pelo ENSO, que pode atuar em co-ocorrência com os modais atlânticos em AS1, AS2 e AS3 e com o modo indiano em AS1 e AS4. Os modos atmosféricos extratropicais em resposta ao ENSO também impactam as frequências de AS1, AS3 e AS4. AS1 e AS2 apresentam elevado potencial de previsibilidade tendo os índices do Atlântico e do Pacífico como seus preditores. Para AS3 (AS4), os índices do Pacífico (Atlântico) são os melhores preditores. O HMM categoriza efetivamente as características espaço-temporais das chuvas e sua associação com a circulação atmosférica e modos de variabilidade em grande escala. Estas descobertas melhoram a compreensão dos processos dinâmicos das chuvas no NEB e sua associação com teleconexões potencialmente previsíveis em escalas de tempo sazonais.
Perfis verticais da densidade e da temperatura em uma atmosfera de Van der Waals na região metropolitana de Natal-RN, Brasil
(Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio Grande do Norte, 2019-12-23) Silva, Douglas do Nascimento; Silva, Isamara de Mendonça; Medeiros, Deusdedit Monteiro
The constants a and b of the Van der Waals state equation for atmosphere are determined from the concentration, critical temperature and critical pressure of the air components, using the Kay mixing rule. The radiosonde measures atmospheric pressure p, temperature T and other meteorological variables at various altitude levels. Therefore, the density of the atmosphere can be calculated based on the parameters a, b, p and T. In this study, the diurnal and nocturnal vertical profiles of the monthly average density, in the atmosphere of metropolitan region of Natal-RN, Brazil, from 2010 to 2017, were constructed considering the atmospheric system as an ideal gas and as a Van der Waals gas. The vertical profiles of the mean density difference between these two approaches and the temperature were also shown. In both scenarios, the radiosonde data of the atmosphere of this region for the calculation of the density were used, with the altitude ranging from 50m to 10km, interpolated every 10m. It has verified that the density of the atmosphere as a Van der Waals gas presents values higher than the density of air as an ideal gas at low altitudes. In both cases, densities tend therefore to have the same values when altitude increases. It has also showed a strong dependence on density related to temperature, such that the densities presented higher values in the colder months
Propriedades termodinâmicas da atmosfera e estudo da entropia próximo à superfície nas capitais do Nordeste do Brasil
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2018-09-14) Silva, Isamara de Mendonça; Medeiros, Deusdedit Monteiro; David Mendes; Mendes, David; Gonçalves, Weber Andrade; Bezerra, Bergson Guedes
O estado termodinâmico de um sistema é determinado unicamente pelas variáveis termodinâmicas x_i que caracterizam as propriedades desse sistema. Então, uma equação de estado tem a relação funcional f(x_i )=0, tal que uma variável de estado pode ser determinada a partir das demais grandezas. Além disso, uma função de estado depende de uma ou mais grandezas de estado e sua variação entre dois estados termodinâmicos é independente da trajetória entre os mesmos. Para o gás ideal, as variáveis de estado são a pressão P, a temperatura T e o volume V, tal que a equação de estado que descreve o sistema é escrita como PV=kT, onde k é uma constante. A entropia, por exemplo, é uma função de estado que depende da quantidade de calor Q e da temperatura T. Na atmosfera, as grandezas termodinâmicas são medidas a partir de estações meteorológicas, satélites e radiossondagens, tornando possível o estudo de novas equações de estado e o cálculo de funções de estado para este sistema. Existem outras variáveis termodinâmicas características do ar que dependem das variáveis de estado clássicas e que descrevem também a atmosfera. Como exemplo, destaca-se a temperatura potencial, que pode ser analisada em alguns casos em que a entropia é estudada. O Nordeste do Brasil (NEB) apresenta uma grande variabilidade climática, relacionada com a interação direta entre a atmosfera e os oceanos. O clima sobre esta região é modulado pela circulação geral da atmosfera, que por sua vez é afetada pelas condições termodinâmicas dos oceanos Atlântico e Pacífico. Portanto, as variáveis termodinâmicas são extremamente sensíveis as perturbações que ocorrem nas interações entre esses dois sistemas e, consequentemente, aos fenômenos meteorológicos que neles ocorrem. Nesse trabalho, realizamos uma revisão dos conceitos básicos da termodinâmica clássica e da termodinâmica da atmosfera. Calculamos algumas propriedades da atmosfera a partir de uma nova proposta de equação de estado que leva em consideração os constituintes do ar. Em seguida, verificamos a segunda lei da termodinâmica na atmosfera próximo a superfície nas capitais do NEB, através do conceito de entropia, utilizando dados observacionais de pressão e de temperatura.
Uma unidade de ensino potencialmente significativa com o aplicativo TRE Einstein para ensinar a relatividade especial
(2018-10-04) Lima, Geogenes Melo de; Medeiros, Deusdedit Monteiro; ; ; Nunes, Luciana Angélica da Silva; ; Oliveira, Paulo Henrique Sousa de;
O presente trabalho destinou-se a elaborar e aplicar uma Unidade de Ensino Potencialmente Significativa (UEPS) fundamentada na teoria da Aprendizagem Significativa de David Ausubel e proposta por Marco A. Moreira e, também, desenvolver um aplicativo de jogos educacionais para ser aplicado durante a execução da UEPS. As unidades de ensino são, em linhas gerais, ferramentas que buscam facilitar a aprendizagem de um certo conhecimento, através de novas técnicas que podem ou não fazer uso de mídias educacionais. A UEPS desenvolvida nesse trabalho tem sua atenção no que tangue ao ensino da Teoria da Relatividade Especial (TRE) voltada a uma abordagem mais teórica, proporcionando ao estudante condições para um maior entendimento conceitual com menor ênfase na abordagem matemática. Acredita-se que dessa forma, o que se está aprendendo nas salas de aulas se aproxime mais tanto da Física quanto ciência da natureza, além do que, sendo bem entendido um conceito, a inserção da matemática ao menos será mais fácil. O aplicativo TRE Einstein, que é, de fato, o produto educacional desse trabalho, foi desenvolvido para ser aplicado na UEPS, visto que na sua essência encontra-se uma maior valorização ao entendimento e reflexão sobre os conceitos físicos que a matematização dos mesmos. Todavia, o aplicativo é versátil o suficiente para poder ser tranquilamente usado como parte de qualquer metodologia para o ensino da relatividade, seja aquela mais tradicionalista ou mais contemporânea.

SIGAA

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