Datos generales

• Plan de estudios: 0550 - MODELADO Y SIMULACIÓN COMPUTACIONAL
• Créditos: 3.0

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Contenidos

PROGRAMA DE LA ASIGNATURA

Presentación

En este curso se presentan los métodos y generalidades del modelado y la simulación en el ámbito de los fenómenos naturales. El tamaño de los sistemas estudiados es el hilo conductor del curso que inicia en la nanoescala y termina en los ecosistemas. Se empieza con los sistemas moleculares y la descripción atomística de la materia que luego da paso al estudio del modelado de sistemas microscópicos de materia blanda, y después a las interacciones suelo-vegetación-atmósfera en ecosistemas. El agua, presente en estos tres regímenes, puede considerarse el hilo conductor del curso.

Objetivo de Aprendizaje

Presentar las bases de la modelación de sistemas naturales que van desde la escala nanométrica hasta los ecosistemas pasando por la materia blanda.

Contenidos Temáticos

Parte I: Sistemas Moleculares
(Semanas 1 a la 5)
1. Introducción a la dinámica molecular clásica.
Estructura de la materia e interacciones. Introducción a la dinámica molecular. Aproximación de Born-Oppenheimer. Representación de potenciales interátomicos. Integración de las ecuaciones de Newton. Algorítmos de Verlet, y velocidad de Verlet. Aplicaciones: Determinación de la estructura de la molécula de agua con Avogadro.

2. Revisión de métodos semiempíricos y Ab Initio
Fenomenología y lenguaje matemático de la Mecánica Cuántica: Matrices Vs EDP’s. El modelo tight-binding para cristales: Representación matricial, eigenvalues y eigenvectors. Uso de LAPACK. Métodos autoconsistentes: Introducción a la teoría del funcional de la densidad. Cálculo de la estructura de la molécula de agua: Vuelo de pájaro sobre un cálculo DFT. Métodos QM/MM

Parte II: Física de la Materia Blanda
(Semanas 6 a la 10)
Capilaridad. Tensión Superficial. Cómo se mojan las superficies. Capilaridad y Gravedad. Meniscos. Ley de Jurin

2 Física de Polímeros
Definiciones. Modelo de Flory-Huggins. Modelo de cuentas: la cadena gausiana. Reología. Memoria en líquidos complejos.

3. Fenómenos de Fractura
Terremotos, avalanchas y fractura, ¿Por qué craquean las cosas? Modelos estadísticos de fractura. El modelo del haz de fibras. Modelos de fractura aplicados al secado.

Parte III: Ecosistemas
(Semanas 11 a la 15)
1. Suelo
Propiedades físico-químicas del suelo. Modelos de movimiento del agua. Flujo de nutrientes.Descomposición de la materia orgánica.

2. Planta
Conceptos de fisiología vegetal. Crecimiento potencial: modelos estocásticos y determinísticos.

3. Continuo suelo - planta – clima

Conceptos básicos de climatología. Evapotranspiración. Integración de modelos suelo-planta-clima. Sensibilidad e incertidumbre

Bibliografía Básica Obligatoria

Introduction to Molecular Simulation and Statistical Thermodynamics. Thijs J.H. Vlugt, Jan P.J.M. van der Eerden, Marjolein Dijkstra, Berend Smit, Daan Frenkel, available from http://www.phys.uu.nl/∼vlugt/imsst
ISBN: 978-90-9024432-7
Delft, The Netherlands, 2008
Lecture Notes for Solid State Physics, Professor Steven H. Simon, Oxford University, 2011
Soft Matter. Nobel Lecture, Pierre-Gilles de Gennes, 9 de diciembre de 1991.
Theory of Polymer Dynamics. W.J. Briels. October 1998.
Capillarity and Wetting Phenomena, drops, bubbles, pearls, waves. Pierre-Gilles
de Gennes, Francoise Brochard-Wyart
Statistical Models of Fracture.Mikko J. Alava, Phani K. V. V. Nukala, and Stefano
Zapperi. Advances in Physics, 55(3-4):349, 2006.
Fractals and Disordered Systems, chapter Fractures, pages 201-235. H.J.
Herrmann. Springer-Verlag, 1991.
Crackling Noise. James P. Sethna, Karin A. Dahmen, and Christopher R. Myers.
Nature, 410:242 - 250, 2001.
Thomas, Edwin. 3.063 Polymer Physics, Spring 2007. (MIT OpenCourseWare: Massachusetts Institute of Technology), http: //ocw.mit.edu/courses/materials-science-and-engineering/3-063-polymer-physics-spring-2007 (Accessed 11 Sep, 2014). License:Creative Commons BY-NC-SA
Basic Concepts for Simple and Complex Fluids. Barrat; Hansen. Cambridge. 2003.
Rheology of Complex Fluids. Larson. Oxford. 1999.
Statistical Thermodynamics. Laurendau. Cambridge. 2005.
Computer Simulation of Liquids. M.P. Allen, D.J. Tildesley. Oxford. 1991.

Resultado de Aprendizaje

Utilizar diferentes lenguajes de programación y herramientas computacionales para la implementación de modelos y simulaciones, y el procesamiento, la visualización y el análisis de datos

Medios Educativos

SALAS DE COMPUTO, OFFICE, TABLEAU, POWER BI, VIDEOBEAM, AVATA DEL CURSO

Fecha de actualización

28/08/2023