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Dinamica dei sistemi estesi

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Dynamics of extended systems

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Anno accademico 2020/2021

Codice attività didattica
INT0373
Docenti
Dott. Jost-Diedrich Graf Von Hardenberg (Titolare del corso)
Dott. Antonello Provenzale (Titolare del corso)
Corso di studio
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 attività didattica
FIS/06 - fisica per il sistema terra e per il mezzo circumterrestre
GEO/12 - oceanografia e fisica dell'atmosfera
Erogazione
Tradizionale
Lingua
Italiano
Frequenza
Obbligatoria
Tipologia esame
Orale
Prerequisiti
È utile avere nozioni di base di teoria dei sistemi dinamici
It is useful to have basic notions on theory of dinamic systems
Propedeutico a
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Sommario del corso

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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.

The course aims at furnishing the theoretical and numerical basics to understand the dynamics of extended systems, described by field differential equations (partial differential). Specific attention will be given to fluidodynamics, considering in detail the case of thermal convection, proper conceptual laboratory for non linear dynamics. Using the example of convection, the study of linear stability will be faced, as well as the study of perturbative non linear expansions, of the formation of convective patterns and of the properties of turbolent convection. Different examples of convective processes in natural systems will be discussed, associated to atmospheric and oceanic convection and to convection inside the terrestrial mantle and core. The case of rotating convection will be considered as well. The course will end with a part dedicated to processes which lead to the formation of space-time patterns and coherent structures in natural systems, using examples from geomorphology and vegetation dynamics.

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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.

Capability to use and to handle the partial differental equations for extended systems, with particular reference to the equations of fluidodynamics. Knowledge of the main mechanisms which lead to the formation of coherent structures and space-temporal patterns.

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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).

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Modalità di insegnamento

Lezioni frontali

Class-taught lessons.

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Modalità di verifica dell'apprendimento

L'esame è 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.

The exam consists of an oral test, which typically lasts 30-40 minutes, in which the student is asked to deal with two, or at best three, topics presented at class, setting the problem both from a physical and from a mathematical point of view. The first topic faced is chosen by the candidate. In case of failing of the exam, the student can repeat it after at least two weeks from the first attempt.

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Attività di supporto

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

Lessons on numerical integration of partial differential equations.

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Testi consigliati e bibliografia

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

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

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

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

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Note

Il corso verrà tenuto da J. von Hardenberg (ISAC-CNR).

The course will be presented by J. von Hardenberg (ISAC-CNR).

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Orario lezioniV

GiorniOreAula
Lunedì9:00 - 11:00
Venerdì14:00 - 18:00Aula Wick Dipartimento di Fisica

Lezioni: dal 13/01/2020 al 13/03/2020

Nota: Modifiche per:
- venerdi' 31 gennaio --> aula Magna
- venerdi' 14 febbraio --> aula A

Le lezioni del lunedi' si svolgono sempre in Auletta 1 in Via P. Giuria 7

Registrazione
  • Aperta
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    Ultimo aggiornamento: 29/05/2020 12:09
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