É necessário aproximadamente um segundo por iteração, além
do tempo de saída.
Para as condições iniciais escolhemos uma saída leve desde o estado
de não convecção, ou seja (0,1,0). A Tabela 1 foi produzida
pelo computador. Ela dá os valores de N (o número de
iterações), X, Y, e Z em cada quinta
repetição para as primeiras 160 repetições. Na saída
indicada (mas não nos cálculos) os valores de X,
Y, e Z são multiplicados por dez, e somente as
figuras à esquerda do ponto decimal são indicadas. Assim, os
estados da convecção estacionária aparecerão como 0084,
0084, 0270 e -0084, -0084, 0270, enquanto o
estado de não convecção aparecerá como 0000, 0000, 0000.
A instabilidade inicial do estado do restante é evidente. Todas as
três variáveis crescem rapidamente, à medida que o fluido
frio que desce é substituído pelo fluido ainda mais frio de
cima, e o fluido quente que sobe pelo fluido mais quente de
baixo, de maneira que no passo 35 a força da convecção
excede muito a da convecção estacionária. Então, Y
diminui à medida que o fluido quente é conduzido para cima
das células convectivas, de maneira que no passo 50, quando
X e Y tem sinais opostos, o fluido quente está
descendendo e o fluido frio está ascendendo. Por causa disso
o movimento cessa e reverte sua direção, como indicam os
valores negativos de X seguindo o passo 60. No passo
85 o sistema alcançou um estado não longe do da convecção
estável. Entre os passos 85 e 150 ele executa uma oscilação
completa em sua intensidade, e a leve amplificação é quase
indetectável.
O comportamento subseqüente do sistema é ilustrado na Fig. 1, que
mostra o comportamento de Y nas primeiras 3000
repetições. Depois de alcançar seu primeiro pico perto do
passo 35 e então se aproximar do equilíbrio perto do passo
85, ele experimenta sistemáticas oscilações amplificadas até
perto do passo 1650. Neste ponto um estado crítico é
alcançado, e a partir daí Y muda o sinal a intervalos
aparentemente irregulares, alcançando às vezes um, às vezes
dois, e às vezes três ou mais extremos de um sinal antes de
mudar o sinal outra vez.
A Fig. 2 mostra as projeções nos planos X-Y- e Y-Z no
espaço da fase da parte da trajetória correspondente às
iterações 1400-1900. Os estados de convecção estável são
marcados por C e C'. A primeira parte da
trajetória se move em espiral para fora do entorno de C',
à medida que as oscilações perto do estado de convecção
estável, que ocorrem desde o passo 85, continuam a crescer.
Eventualmente, perto do passo 1650, ele cruza o plano X-Z,
e então é desviado em direção ao entorno de C.
Temporariamente, ele se move em espiral ao redor de C,
mas cruza o plano X-Z depois de um ciclo e retorna
aos arredores de C', onde rapidamente se junta com o
espiral no qual previamente tinha transitado. A partir daí
cruza de uma espiral para o outra a intervalos irregulares.
A Fig. 3, na qual as coordenadas são Y e Z, está
baseada nos valores impressos de X, Y, e Z em
cada quinta repetição pelas primeiras 6000 repetições. Estes
valores determinam X como uma função estável de valor
único de Y e Z sobre muito do alcance de Y
e Z; eles determinam X |
FIG. 1. Solução
numérica das equações de convecção. Gráfico de Y como
uma função do tempo para as primeiras 1000 repetições (curva
superior), segundas 1000 repetições (curva do meio), e
terceiras 1000 repetições (curva inferior).
FIG. 2. Solução numérica das
equações de convecção. Projeções sobre o plano X-Y e
o plano Y-Z no espaço de fase do segmento da
trajetória que se estende da iteração 1400 à iteração 1900.
Os numerais "14," "15," etc., denotam posições nas
repetições 1400, 1500, etc. Os estados de convecção estável
são marcados por C e C'.
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