Simulación Resuelta en Fase de la Bifurcación de Estabilidad de Landau-Alber
Autores: Athanassoulis, Agissilaos G.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Simulación Resuelta en Fase de la Bifurcación de Estabilidad de Landau-Alber
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Soluciones de ondas planas
Ecuación de Schrödinger no lineal cúbica
Inestabilidad de modulación
Inestabilidad de Benjamin-Feir
Análisis de estabilidad lineal
Espectros de potencia
Licencia
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Desde hace mucho tiempo se sabe que las soluciones de onda plana de la ecuación de Schrödinger no lineal cúbica (NLS) son linealmente inestables. Este hecho es ampliamente conocido como inestabilidad de modulación (MI), y a veces se refiere a la inestabilidad de Benjamin-Feir en el contexto de las olas de agua. En 1978, I.E. Alber introdujo una metodología para realizar un análisis de estabilidad lineal análogo alrededor de un estado del mar con un espectro de potencia conocido, en lugar de alrededor de una onda plana. Este análisis se aplica a los segundos momentos y proporciona un criterio de estabilidad para los espectros de potencia. Asintóticamente, predice que los espectros suficientemente estrechos y de alta intensidad son inestables, mientras que los espectros suficientemente amplios y de baja intensidad son estables, lo cual es consistente con observaciones empíricas. La bifurcación entre el comportamiento inestable y estable no tiene un equivalente en la MI clásica (donde todas las ondas planas son inestables), y la llamamos bifurcación de Landau-Alber porque se ha demostrado que el régimen estable es un caso de amortiguamiento de Landau. En este trabajo, trabajamos con los espectros de potencia realistas de las olas oceánicas, y por primera vez, producimos evidencia clara y directa de una bifurcación abrupta a medida que el espectro se vuelve lo suficientemente estrecho/intenso. Un ingrediente fundamental de este trabajo fue observar directamente la evolución no lineal de pequeñas inhomogeneidades localizadas, y si estas pueden crecer dramáticamente. De hecho, uno de los problemas que afectaban a investigaciones anteriores sobre esta bifurcación parece haber sido que en su mayoría buscaban evidencia indirecta de inestabilidad, como un aumento en los eventos extremos generales. También se encontró que un dominio computacional lo suficientemente grande es crucial para que la bifurcación se manifieste.
Descripción
Desde hace mucho tiempo se sabe que las soluciones de onda plana de la ecuación de Schrödinger no lineal cúbica (NLS) son linealmente inestables. Este hecho es ampliamente conocido como inestabilidad de modulación (MI), y a veces se refiere a la inestabilidad de Benjamin-Feir en el contexto de las olas de agua. En 1978, I.E. Alber introdujo una metodología para realizar un análisis de estabilidad lineal análogo alrededor de un estado del mar con un espectro de potencia conocido, en lugar de alrededor de una onda plana. Este análisis se aplica a los segundos momentos y proporciona un criterio de estabilidad para los espectros de potencia. Asintóticamente, predice que los espectros suficientemente estrechos y de alta intensidad son inestables, mientras que los espectros suficientemente amplios y de baja intensidad son estables, lo cual es consistente con observaciones empíricas. La bifurcación entre el comportamiento inestable y estable no tiene un equivalente en la MI clásica (donde todas las ondas planas son inestables), y la llamamos bifurcación de Landau-Alber porque se ha demostrado que el régimen estable es un caso de amortiguamiento de Landau. En este trabajo, trabajamos con los espectros de potencia realistas de las olas oceánicas, y por primera vez, producimos evidencia clara y directa de una bifurcación abrupta a medida que el espectro se vuelve lo suficientemente estrecho/intenso. Un ingrediente fundamental de este trabajo fue observar directamente la evolución no lineal de pequeñas inhomogeneidades localizadas, y si estas pueden crecer dramáticamente. De hecho, uno de los problemas que afectaban a investigaciones anteriores sobre esta bifurcación parece haber sido que en su mayoría buscaban evidencia indirecta de inestabilidad, como un aumento en los eventos extremos generales. También se encontró que un dominio computacional lo suficientemente grande es crucial para que la bifurcación se manifieste.