Soluciones tipo ola rogue y espectros de ecuaciones de Schrödinger no lineales acopladas
Autores: Degasperis, Antonio; Lombardo, Sara; Sommacal, Matteo
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2019
Acceso abierto
Artículo científico
2019
Soluciones tipo ola rogue y espectros de ecuaciones de Schrödinger no lineales acopladas
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Formación
Olas rogue
Carácter no lineal
Ecuación de Schrödinger
Inestabilidad
Acoplamiento de ondas
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
La formación de olas oceánicas rebeldes puede ser el resultado de diferentes causas. Varios factores (vientos, corrientes, enfoque dispersivo, profundidad, enfoque no lineal e inestabilidad) hacen que este tema sea intrigante, y sin embargo, su comprensión es bastante relevante para cuestiones prácticas. Aquí, tratamos únicamente el carácter no lineal de esta dinámica, que ha sido reconocido como el principal ingrediente para la formación de olas rebeldes. En esta perspectiva, la formación de olas rebeldes requiere un fondo no nulo e inestable, como un tren de ondas regulares no lineales con interacción propia atractiva. El modelo más simple y conocido de tales dinámicas es la ecuación de Schrödinger no lineal universal. Esto ha demostrado servir como una buena aproximación en varios contextos y en un amplio rango de configuraciones experimentales. Este modelo tiene como objetivo dar la evolución lenta del sobre de una onda monocromática debido a la no linealidad. Aquí, consideramos naturalmente el mismo problema para los sobres de dos ondas monocromáticas débilmente resonantes. En cuanto a la ecuación de Schrödinger no lineal, que es integrable, adoptamos un modelo integrable para describir la interacción de dos ondas. Este es el sistema de dos ecuaciones de Schrödinger no lineales acopladas (modelo de Manakov) con interacciones propias y cruzadas que pueden ser tanto de enfoque como de desenfoque. Primero discutimos las propiedades de estabilidad lineal del fondo al calcular el espectro para todos los valores de los parámetros, como constantes de acoplamiento y amplitudes. En particular, relacionamos las bandas de inestabilidad con propiedades del espectro y calculamos la función de ganancia (o tasa de crecimiento). También relacionamos con el espectro de estabilidad el valor de la variable espectral, que corresponde a una solución de ola rebelde. En contraste con la ecuación de Schrödinger no lineal, existen diferentes tipos de olas rebeldes individuales que corresponden a diferentes valores de la variable espectral incluso en el mismo espectro. Para estos valores críticos, que están completamente clasificados, damos la correspondiente expresión explícita de la solución de ola rebelde que sigue del conocido método de transformación de Darboux-Dressing. Aunque no todos los sistemas de dos ecuaciones de Schrödinger no lineales acopladas que se han derivado en la dinámica de ondas de agua son integrables, nuestra investigación contribuye a la comprensión de nuevos efectos debido al acoplamiento de ondas, al menos para ecuaciones modelo que, incluso si no son integrables, están lo suficientemente cerca del modelo considerado aquí. Por ejemplo, nuestros hallazgos llevan a investigar olas rebeldes generadas por inestabilidades debido a interacciones propias y cruzadas de tipo desenfocado. Se muestra una selección ilustrativa de soluciones de dos olas rebeldes acopladas.
Descripción
La formación de olas oceánicas rebeldes puede ser el resultado de diferentes causas. Varios factores (vientos, corrientes, enfoque dispersivo, profundidad, enfoque no lineal e inestabilidad) hacen que este tema sea intrigante, y sin embargo, su comprensión es bastante relevante para cuestiones prácticas. Aquí, tratamos únicamente el carácter no lineal de esta dinámica, que ha sido reconocido como el principal ingrediente para la formación de olas rebeldes. En esta perspectiva, la formación de olas rebeldes requiere un fondo no nulo e inestable, como un tren de ondas regulares no lineales con interacción propia atractiva. El modelo más simple y conocido de tales dinámicas es la ecuación de Schrödinger no lineal universal. Esto ha demostrado servir como una buena aproximación en varios contextos y en un amplio rango de configuraciones experimentales. Este modelo tiene como objetivo dar la evolución lenta del sobre de una onda monocromática debido a la no linealidad. Aquí, consideramos naturalmente el mismo problema para los sobres de dos ondas monocromáticas débilmente resonantes. En cuanto a la ecuación de Schrödinger no lineal, que es integrable, adoptamos un modelo integrable para describir la interacción de dos ondas. Este es el sistema de dos ecuaciones de Schrödinger no lineales acopladas (modelo de Manakov) con interacciones propias y cruzadas que pueden ser tanto de enfoque como de desenfoque. Primero discutimos las propiedades de estabilidad lineal del fondo al calcular el espectro para todos los valores de los parámetros, como constantes de acoplamiento y amplitudes. En particular, relacionamos las bandas de inestabilidad con propiedades del espectro y calculamos la función de ganancia (o tasa de crecimiento). También relacionamos con el espectro de estabilidad el valor de la variable espectral, que corresponde a una solución de ola rebelde. En contraste con la ecuación de Schrödinger no lineal, existen diferentes tipos de olas rebeldes individuales que corresponden a diferentes valores de la variable espectral incluso en el mismo espectro. Para estos valores críticos, que están completamente clasificados, damos la correspondiente expresión explícita de la solución de ola rebelde que sigue del conocido método de transformación de Darboux-Dressing. Aunque no todos los sistemas de dos ecuaciones de Schrödinger no lineales acopladas que se han derivado en la dinámica de ondas de agua son integrables, nuestra investigación contribuye a la comprensión de nuevos efectos debido al acoplamiento de ondas, al menos para ecuaciones modelo que, incluso si no son integrables, están lo suficientemente cerca del modelo considerado aquí. Por ejemplo, nuestros hallazgos llevan a investigar olas rebeldes generadas por inestabilidades debido a interacciones propias y cruzadas de tipo desenfocado. Se muestra una selección ilustrativa de soluciones de dos olas rebeldes acopladas.