Periodo académico 2024-1S
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Las variaciones en el tiempo de parámetros y de estados característicos de un
sistema son un aspecto intrínseco a todos los fenómenos naturales, sociales
(socioeconómicos) y de la ingeniería, constituyéndose en un aspecto
fundamental de la realidad y, por ende, de los modelos matemáticos que buscan
representarla.
La búsqueda de la caracterización, descripción, predicción, diseño y
optimización en Ciencias e Ingeniería exige, por lo tanto, un estudio riguroso
de los Sistemas Dinámicos, rama de la física matemática, que busca establecer
la respuesta ante diferentes condiciones de entrada y las variaciones de los
parámetros característicos que rigen un sistema y su entorno.
Esta asignatura ofrecerá al estudiante los conceptos básicos de los Sistemas
Dinámicos y le permitirá identificar sistemas según tipos, las interacciones
dentro y entre ellos, principalmente, su evolución en el tiempo.
Así mismo, el estudiante podrá formular modelos e implementar algoritmos
para predecir y visualizar el comportamiento, estados futuro y/0 detectar la
existencia de caos en el sistema, a través del conocimiento de las condiciones
de iniciales y las leyes de evolución que lo gobiernan.
I. Sistemas dinámicos lineales
1. Introducción: Caos, fractales, dinámica Historia de la dinámica
2. Flujo Unidimensional: Descripción Geométrica: flujo, puntos fijos,
estabilidad. el modelo logístico. Análisis de Estabilidad en 1D. Sistemas
conservativos 1: Potenciales y gradientes.
3. Flujos Unidimensionales Periódicos: Definiciones, oscilador uniforme
y no uniforme. Ejemplos: El péndulo sobreamortiguado y las luciérnagas.
4. Flujos 2D: Espacio de fase de sistemas lineales: Definiciones, y
clasificación. Ejemplo: Líos amorosos
II. Solución numérica de sistemas lineales
1. Solución analítica a través de transformaciones: Definiciones:
Transformadas de Laplace y de Fourier. Propiedades de las transformadas de
Laplace. Parejas de transformadas. Solución de EDOS mediante transformadas.
Transformadas Inversas por Expansión de Fracciones Parciales
2. Representación gráfica de problemas dinámicos: Modelos de caja negra
y diagramas de bloques. Función de transferencia. Representación en variables
de estado.
3. Aplicaciones en Simulink: Bases de la programación en Simulink.
Función de trasferencia trasladada a Simulink. Aplicación al oscilador
uniforme y no uniforme.
III. Sistemas dinámicos no lineales unidimensionales: Bifurcaciones.
Ejemplos: Laser, cuenta rotando en un aro. Bifurcaciones imperfectas y
catástrofes. Ejemplo: Plaga de insectos.
IV. Solución numérica de sistemas no lineales: Técnicas de linealización
de sistemas no lineales. Aplicación al péndulo. Métodos numéricos para
sistemas no lineales.
V. Sistemas no lineales y Caos. Flujos 2D: Espacio de fase de sistemas
no-lineales. Retratos del espacio de fase. Existencia, unicidad y
consecuencias topológicas. Puntos fijos y Linealización. Ejemplo: Modelo
Lotka-Volterra. Sistemas Conservativos 2D. Ejemplo: El péndulo. Ciclos límites.
1. Sistemas discretos, los mapas.
2. Definiciones Ejemplo: el mapeo logístico. Trayectorias periódicas en
Billares. Mapas: El mapa del Panadero, El Mapa del Gato. Exponentes de
Lyapunov.
3. Ecuaciones de Lorenz: Modelo: Un molino de agua caótico. Propiedades
de las ecuaciones de Lorenz. Caos en un atractor extraño. Mapa de Lorenz.
GTC: H. Gould, J. Tobochnik, W. Christian, "An introduction to Computer
Simulation Methods", Third Edition. Versión "open source physics", en :[1]
STR: Steven Strogatz, "Nonlinear Dynamics and Chaos". (Se encuentra en
la biblioteca de la UJTL como recurso electrónico: [2])
OTT: E. OTT. "Chaos in Dynamical Systems". Cambridge University Press.
1993.
GIO: Nicholas J. Giordano, ¿Computational Physics¿. Prentice Hall, 1997.
OGT: Katsuhiko Ogata, "Modern Control Engineering".Ed. Prentice Hall. 5
Edición. 2010.
M.W. Hirsh, S. Smale y R.L. Devaney, Differential Equations, Dynamical
Systems and an Introduction to Chaos, Elsevier Academic Press, London, 2004.
L. Perko, Differential equations and dynamical systems, Springer-
Verlag, New York, 1991
Cátedra de Dinámica de los Sistemas Físicos. Sistemas dinámicos y
modelos matemáticos. FCEIA¿UNR. www.fceia.unr.edu.ar/dsf, 2001.