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Início/Termodinâmica/Gás de Lorentz

Gás de Lorentz

Partícula pontual com reflexões especulares em discos rígidos dentro de uma caixa: trajetórias caóticas e crescimento do deslocamento quadrático médio rumo à difusão.

Bilhar

0.35
0.068

Partícula pontual de velocidade unitária entre discos rígidos (estilo Sinai / gás de Lorentz). As reflexões especulares dão trajetórias caóticas; o quadrado médio do deslocamento desde o ponto de soltura cresce de forma linear com o tempo no limite longo (horizonte finito).

Grandezas medidas

DQM desde o início0.000e+0box²
Passos (quadros)0

Sobre o modelo

O gás de Lorentz é um modelo cinético mínimo: uma partícula pontual de velocidade constante num bilhar com espalhadores convexos fixos. As reflexões especulares produzem caos forte (expoente de Lyapunov positivo) nas geometrias típicas do tipo Sinai com horizonte finito. Em tempos longos o quadrado médio do deslocamento desde uma origem fixa cresce de forma linear, ⟨r²⟩ ∝ t — difusão normal. Aqui a caixa é quadrada, com uma rede de discos rígidos; os controles mudam a velocidade de voo e o raio dos discos. O rastro e o deslocamento quadrático médio (DQM) são didáticos, não uma medida precisa do coeficiente de difusão.

Para quem: Cursos de graduação: caos, teoria cinética e física estatística.

Conceitos-chave

  • gás de Lorentz
  • bilhar de Sinai
  • reflexão especular
  • caos determinístico
  • deslocamento quadrático médio
  • horizonte finito

Como funciona

Uma partícula pontual de velocidade constante se reflete de modo especular nos discos rígidos fixos (bilhar de Sinai / gás de Lorentz). As trajetórias são caóticas: o expoente de Lyapunov é positivo se o horizonte é finito. O quadrado médio do deslocamento desde o início cresce de forma linear em tempos longos, ⟨r²⟩ ∝ t — como na difusão normal. O rastro e o DQM são didáticos, não uma medida do coeficiente D.

Perguntas frequentes

Por que a trajetória parece aleatória se as leis são determinísticas?
O bilhar é determinístico, mas sensível às condições iniciais: um desvio pequeno de ângulo ou de posição cresce de forma exponencial. Uma única trajetória pode parecer «ao acaso», embora fique inteiramente fixada pelo ponto de partida.
O DQM da tela coincide com o coeficiente de difusão de Einstein?
Não de forma direta. Em 2D com horizonte finito, em tempos longos ⟨r²⟩ ≈ 4D t, com D que depende da geometria. Aqui o DQM está em unidades da caixa e em passos de integração; extrair D pede calibração e médias.