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Dinamica dei sistemi estesi

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Dynamics of extended systems

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Anno accademico 2015/2016

Codice dell'attività didattica
INT0373
Docenti
Dott. Antonello Provenzale (Titolare del corso)
Dott. Jostdiedrich Graf Von Hardenberg (Titolare del corso)
Corso di studi
Laurea Magistrale Interateneo in Fisica dei sistemi complessi
Anno
1° anno 2° anno
Periodo didattico
Secondo periodo didattico
Tipologia
C=Affine o integrativo
Crediti/Valenza
6
SSD dell'attività didattica
MAT/07 - fisica matematica
Modalità di erogazione
Tradizionale
Lingua di insegnamento
Italiano
Modalità di frequenza
Obbligatoria
Tipologia d'esame
Orale
Prerequisiti
E' utile avere nozioni di base di teoria dei sistemi dinamici
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Sommario insegnamento

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Obiettivi formativi

Il corso intende fornire le basi teoriche e numeriche per la comprensione della dinamica dei sistemi estesi, descritti da equazioni differenziali di campo (alle derivate parziali). Particolare attenzione verrà data alla dinamica dei fluidi, considerando in dettaglio il caso della convezione termica, vero laboratorio concettuale per la dinamica non lineare. Utilizzando l'esempio della convezione, verrà affrontato lo studio della stabilità lineare, degli sviluppi perturbativi non lineari, della formazione di pattern convettivi e delle proprietà della convezione turbolenta. Verranno discussi diversi esempi di processi convettivi in sistemi naturali, associati alla convezione atmosferica e oceanica e alla convezione nel mantello e nel nucleo terrestre. Sarà considerato anche il caso della convezione rotante. Il corso terminerà con una parte dedicata ai processi che portano alla formazione di pattern spazio-temporali e strutture coerenti in sistemi naturali, utilizzando esempi dalla geomorfologia e dalla dinamica della vegetazione.

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Risultati dell'apprendimento attesi

Capacità di utilizzare e maneggiare le equazioni a derivate parziali per i sistemi estesi, con particolare riferimento alle equazioni della dinamica dei fluidi. Conoscenza dei principali meccanismi che portano alla formazione di strutture coerenti e pattern spazio-temporali.

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Modalità di insegnamento

Lezioni frontali

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Modalità di verifica dell'apprendimento

L'esame e' costituito da una prova orale, della durata tipica di 30-40 minuti, nella quale viene chiesto di affrontare due, o al più tre, argomenti svolti a lezione, impostando il problema dal punto di vista sia fisico sia matematico. Il primo argomento affrontato è a scelta del candidato/a. In caso di non superamento dell'esame la ripetizione dello stesso deve avvenire almeno due settimane dopo la prima prova.

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Attività di supporto

Lezioni sull'integrazione numerica delle equazioni differenziali a derivate parziali.

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Programma

Introduzione alla descrizione dei sistemi estesi e alle equazioni differenziali alle derivate parziali. 

Equazioni di Navier-Stokes e dinamica dei fluidi.

Dinamica della convezione termica, studio della stabilità lineare e sviluppi perturbativi per condizioni debolmente non lineari. Pattern spazio-temporali in convezione. Turbolenza convettiva e plumes termiche. Convezione in sistemi rotanti.

Esempi di convezione in oceano e atmosfera e nell'interno terrestre (mantello e nucleo).

Cenni sulla pattern formation in altri ambiti (geomorfologia, vegetazione).

Introduction to the dynamics of extended systems and to partial differential equations.

Navier-Stokes equations and fluid dynamics.

Dynamics of thermal convection, linear stability analysis and weakly nonlinear perturbative approaches. Spatial-temporal patterns in thermal convection. Convective turbulence and convective plumes. Rotating convection.

Examples of convection in natural systems: oceanic and atmospheric convection, convection in the Earth's mantle and nucleus.

Examples of pattern formation in other systems (Geomorphology, vegetation).

Testi consigliati e bibliografia

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D.J. Tritton, Physical Fluid Dynamics, Oxford University Press, 1988.

S. Chandrasekhar, Hydrodynamic and hydromagnetic stability, Oxford University Press, 1961.



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Orario lezioni

GiorniOreAula
Giovedì11:00 - 13:00Aula Avogadro Dipartimento di Fisica
Venerdì14:00 - 18:00Aula G Dipartimento di Fisica
Lezioni: dal 16/01/2015 al 13/03/2015

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Note

Il corso verrà tenuto da A. Provenzale (IGG-CNR) e J. von Hardenberg (ISAC-CNR)

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Ultimo aggiornamento: 12/02/2016 09:02
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