00 CAMPUS ARISTÓTELES CALAZANS SIMÕES (CAMPUS A. C. SIMÕES) IF - INSTITUTO DE FÍSICA Dissertações e Teses defendidas na UFAL - IF
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Campo DCValorIdioma
dc.contributor.advisor1Leão Neto, José Pereira-
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/7630576321955496pt_BR
dc.contributor.referee1Andrade, José Henrique Araújo Lopes de-
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/8769055741372512pt_BR
dc.contributor.referee2Costa, Alex Emanuel Barros-
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/2231272728491909pt_BR
dc.creatorSantos, Antonio Evandro dos-
dc.creator.Latteshttps://lattes.cnpq.br/0719992962078122pt_BR
dc.date.accessioned2024-03-07T15:13:06Z-
dc.date.available2024-03-07-
dc.date.available2024-03-07T15:13:06Z-
dc.date.issued2023-09-06-
dc.identifier.citationSANTOS, Antonio Evandro dos. Estudo do Fenômeno de Espalhamento Acústico por meio do Método de Elementos Finitos FEM. 2024. 106 f. Dissertação (Mestrado em Física ) – Programa de Pós-Graduação em Física, Instituto de Física, Universidade Federal de Alagoas, Maceió, 2023.pt_BR
dc.identifier.urihttp://www.repositorio.ufal.br/jspui/handle/123456789/13259-
dc.description.abstractThe propagation of acoustic waves in particles is a complex phenomenon that involves the interaction between waves and particles, resulting in the reflection, transmission, and scattering of acoustic energy. The study of acoustic scattering involves analyzing the solutions of the Helmholtz equation, considering boundary conditions and the expansion into partial waves. This analysis allows us to understand how particles interact with acoustic waves and contribute to the propagation and scattering of acoustic energy. Most theoretical analyses on scattering and acoustic radiation force Frad (the stationary force caused by the linear change of momentum flux during the scattering of an acoustic wave by a particle) in fluids assume that particles have a spherical shape, but this simplification does not represent all real-world situations. The spherical shape is considered an idealized geometric form, where the particle is symmetrical in all directions. This assumption simplifies the problem by allowing simpler mathematical equations to describe the particle’s behavior in response to acoustic radiation. However, when considering particles with non-spherical shapes, exact analytical techniques can become impractical. In such cases, more sophisticated numerical approaches are required, such as finite element methods, finite difference methods, or boundary element methods, to solve the scattering problem and obtain precise and realistic results. Here, we introduce a semi-analytical approach to deal with axially symmetric particles of sub-wavelength size (Rayleigh scattering limit) immersed in an ideal isotropic fluid. The scattering coefficients that reflect the monopole and dipole modes are determined through the numerical resolution of the scattering problem. Our method is compared with the exact result for a rigid sub-wavelength sphere in water, a fluid sphere, and a viscoelastic solid. Additionally, we extend our analysis to an spheroid, a geometry that approximates a sphere but involves analytical complications that make exact solutions more challenging. These studies are fundamental for various biomedical applications, which utilize techniques such as particle trapping, levitation, and acoustic tweezers, among others. Techniques for immobilizing particles and cells in microfluidic systems are often necessary in the concept of Lab-On-Chip technology, where particles with dimensions much smaller than the acoustic wavelength are common, known as the Rayleigh scattering regime, found in Acoustofluidic devices.pt_BR
dc.description.sponsorshipCAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superiorpt_BR
dc.languageporpt_BR
dc.publisherUniversidade Federal de Alagoaspt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Físicapt_BR
dc.publisher.initialsUFALpt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.subjectAcustofluídicapt_BR
dc.subjectEspalhamento de Rayleighpt_BR
dc.subjectMétodo de elementos finitospt_BR
dc.subjectOndas acústicapt_BR
dc.subjectAcoustofluidicspt_BR
dc.subjectRayleigh Scatteringpt_BR
dc.subjectFinite Element Methodpt_BR
dc.subjectAcoustic wavespt_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICApt_BR
dc.titleEstudo do fenômeno de espalhamento acústico por meio do Método de Elementos Finitos FEMpt_BR
dc.typeDissertaçãopt_BR
dc.description.resumoA propagação de ondas acústicas em partículas é um fenômeno complexo que envolve a interação Onda-Partícula, resultando em reflexão, transmissão e espalhamento da energia acústica. O estudo do espalhamento acústico envolve a análise das soluções da equação de Helmholtz, considerando condições de contorno e a expansão em ondas parciais , essa análise nos permite compreender como partículas interagem com ondas acústicas e contribuem para a propagação e espalhamento da energia acústica. A maioria das análises teóricas sobre espalhamento e força de radiação acústica Frad (força estacionária causada pela mudança linear do fluxo de momento durante o espalhamento de uma onda acústica por uma partícula) em fluidos assume que as partículas têm forma esférica, mas, essa simplificação não representa todas as situações da realidade. A forma esférica é considerada uma forma geométrica idealizada, onde a partícula é simétrica em todas as direções, essa suposição simplifica o problema ao permitir que equações matemáticas mais simples sejam aplicadas para descrever o comportamento da partícula em resposta à radiação acústica. Ao considerar partículas com formas não esféricas, as técnicas analíticas exatas podem se tornar impraticáveis. Nesses casos, são necessárias abordagens numéricas mais sofisticadas, como métodos de elementos finitos, métodos de diferenças finitas ou métodos de elementos de contorno, para resolver o problema de espalhamento e obter resultados precisos e realistas. Aqui, uma abordagem semianalítica é introduzida para lidar com partículas axissimétricas de subcomprimento de onda (limite de espalhamento de Rayleigh) imersas em um fluido ideal isotrópico. Os coeficientes de espalhamento que refletem os modos monopolo e dipolo são determinados por meio da resolução numérica do problema de espalhamento. Nosso método é comparado com o resultado exato para uma esfera rígida de subcomprimento de onda em água, uma esfera fluida e um sólido viscoelástico, além disso estendemos nossa análise para um esferoide, geometria que se aproxima da esfera, porém envolve complicações analíticas que tornam as soluções exatas mais complicadas. Esses estudos são fundamentais para diversas aplicações Biomédicas, que usam técnicas como aprisionamento de partículas, levitação e pinças acústica, entre outras. Técnicas para imobilizar partículas e células em sistemas microfluídicos são muitas vezes necessários no conceito da tecnologia de laboratório dentro de um chip (Lab-On-Chip) onde é comum partículas com dimensões muito menores do que o comprimento de onda acústica , conhecido como regime de espalhamento Rayleigh, encontrado em dispositivos de Acustofluídica.pt_BR
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