Ciências Exatas e Tecnológicas
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Item Números aleatórios e os jogos de computador(Universidade Federal de Viçosa, 2019-11-07) Rodrigues, Cristiano de Sousa; D’Afonseca, Luis Alberto; http://lattes.cnpq.br/7492782818253484A procura pela matemática contextualizada é cada vez mais presente em nosso cotidiano. Por esse motivo, buscamos com esse trabalho apresentar um campo onde ela é amplamente utilizada, nos Jogos de Computador. Designaremos neste trabalho como Computador todo e qualquer aparelho que contenha um processador, incluindo: Desktop, Notebook, Netbook, Tablet, Celular, Smartphone, Videogame, Fliperama, Game Boy ou qualquer outro similar. Será definido o que é Número Aleatório e Número Pseudoaleatório, seus geradores e suas aplicações. Para compreender como os Jogos de Computador usam os Números Aleatórios é apresentado, inicialmente, um breve histórico dos jogos, considerando os principais responsáveis pela evolução dessa área. Dando prosseguimento há uma comparação do que é um elemento determinı́stico e aleatório e como o método cientı́fico pode ser utilizado, mesmo que não intencionalmente, ao jogarmos um Jogo de Computador. Na aplicação ao ensino foram propostas duas atividades que estão próximas ao mundo real dos estudantes, além de uma atividade que foi apresentada em um feira. Na primeira buscou-se a identificação da presença ou não de fases aleatórias nos Jogos de Computador. Na segunda, foram escolhidos alguns jogos a serem construı́dos no formato de tabuleiro para explicar o seu funcionamento interno para os alunos. Finalizando, foi desenvolvido um trabalho para ser apresentado na 5 a FECITEC (Feira de Ciências Tecnologia Educação e Cultura / UFV) em que foram englobadas as duas atividades iniciais. Palavras-chave: Números Aleatórios. Jogos. Ensino.Item Ferramentas e novas arquiteturas para aceleradores reconfiguráveis em plataformas heterogêneas CPU-FPGA com memória compartilhada(Universidade Federal de Viçosa, 2019-02-25) Silva, Lucas Bragança; Nacif, José Augusto MirandaO uso de arquiteturas reconfiguráveis como aceleradores em sistemas heterogêneos de alto desempenho surgiu como uma opção complementar a outras soluções, como por exemplo os processadores gráficos ou GPUs. Arquiteturas reconfiguráveis como FPGAs possuem como principal vantagem o paralelismo intrínseco de sua estrutura, que pode se adaptar à aplicação para alcançar o máximo desempenho com baixo consumo energético. Porém, faltam ferramentas para popularizar o uso dos FPGAs como aceleradores, reduzir o tempo de projeto, sem exigir dos programadores conhecimentos aprofundados no desenvolvimento de hardware. Nesta dissertação são apresentados três trabalhos que permitem a geração automática de código de aceleradores para sistemas heterogêneos com FPGA, além de propor uma nova arquitetura reconfigurável, que permite a execução no modelo MIMT (Multiple Instruction Multiple Threads) com troca de contexto em um ciclo de relógio. O primeiro trabalho apresenta uma ferramenta capaz de gerar automaticamente todo código de um acelerador para auxiliar na exploração de Redes Reguladoras de Genes, esta aborda- gem obteve um ganho de desempenho de duas ordens de grandeza em comparação com processador de uso geral. O segundo trabalho apresenta um arcabouço para facilitar a implantação de aceleradores em FPGA, deixando para o desenvolvedor apenas a implementação da aplicação, sem a necessidade de codificar os mecanismos de controle de comunicação entre o acelerador e a aplicação executada em software. Por fim, no terceiro trabalho é proposta uma nova arquitetura reconfigurável que permite a execução de múltiplas threads, fazendo o uso de paralelismo temporal e espacial para acelerar aplicações descritas na forma de grafos de fluxo de dados.Item Efeitos da refração troposférica no posicionamento por ponto preciso no Brasil(Universidade Federal de Viçosa, 2018-02-28) Braga, Franciele Lúcia Silva; Poz, William Rodrigo Dal; http://lattes.cnpq.br/8346429911478916Umas das técnicas para o processamento das observáveis GNSS, com resultados satisfatórios, é o PPP (Posicionamento por Ponto Preciso). No entanto, a maioria das fontes de erros envolvidas nesta metodologia precisam ser modeladas, ao contrário do que ocorre com o método de posicionamento relativo. Quando são utilizados receptores de duas frequências, uma das fontes de erros mais importantes no PPP se refere à troposfera. O atraso zenital troposférico (ZTD - Zenith Tropospheric Delay), ou refração troposférica, é a principal fonte de erro no posicionamento com GNSS devido à troposfera. Destaca-se que há poucos estudos que comparam os modelos de correção da refração troposférica associados às funções de mapeamento em levantamentos no território brasileiro. Essa pesquisa tem como objetivo principal analisar diversos modelos de refração troposférica e funções de mapeamento no processamento PPP no Brasil, assim como sua influência na acurácia planimétrica e altimétrica das coordenadas finais estimadas. Para tanto, foram investigados os modelos troposféricos de Saastamoinen, Niell, Hopfield, Saastamoinen baseado nos dados de atmosfera do modelo GPT (Global Pressure and Temperature), e o modelo de Previsão Numérica de Tempo do ECMWF (European Centre for Medium-Range Weather Forecasts), aliados as funções de mapeamento de , Niell, Hopfield, GMF (Global Mapping Function), e VMF1 (Vienna Mapping Function 1), disponíveis no software científico BERNESE v. 5.2. Além disso, foi avaliado uma estratégia sem correção a priori do atraso troposférico hidrostático. Os estudos foram realizados nas cinco regiões geográficas do Brasil, e nos períodos de quinze dias para cada estação do ano. Pôde-se constatar que, em relação à acurácia da resultante planimétrica, os modelos de refração troposférica apresentaram resultados similares. Já para a componente altimétrica, o modelo Hopfield não apresentou um desempenho semelhante as outras estratégias de processamento. Além disso, os valores de RMS da acurácia altimétrica apresentaram valores maiores para estações GNSS localizadas na região Norte, principalmente na primavera. Os menores RMS de acurácia altimétrica foram alcançados para estações localizadas na região Sul, na primavera.Item Uso de planilhas eletrônicas como ferramentas de apoio ao ensino de matemática(Universidade Federal de Viçosa, 2017-07-14) Santos, Daniel Francisco dos; D’Afonseca, Luís Alberto; http://lattes.cnpq.br/5103335842079336Apresentamos neste trabalho uma abordagem alternativa para temas desenvolvidos na Matemática do ensino médio com o uso de planilhas eletrotônicas. Tomando como base os Conteúdos Básicos Comuns, definidos pela secretaria estadual de educação de Minas Gerais, mostramos que muitos dos tópicos trabalhados neste nível de ensino podem ser desenvolvidos nessas planilhas, como funções, sequências, geometria, contagem e análise de dados. A aplicação em sala de aula, mostrou que a abordagem diferenciada pode levar a um rendimento mais efetivo dos alunos, provocado pela forma de apresentação do conteúdo, em meio informatizado. Observou-se, também, a criação de um ambiente de maior cooperação entre os alunos, devido a seu maior ou menor grau de experiência e conhecimento em informática.Item Efeitos da cafeína sobre a estrutura da molécula de DNA: um estudo por espectroscopia de força(Universidade Federal de Viçosa, 2017-07-25) Moura, Tiago de Assis; Rocha, Márcio Santos; http://lattes.cnpq.br/2177766854877438Neste trabalho, utilizando a técnica de pinça óptica, foi possível estudar as alterações das propriedades mecânicas do complexo DNA-cafeína em função da concentração de cafeína na amostra, nos regimes de força iônica alta (concentração total de sódio de 150 mM) e força iônica baixa (concentração total de sódio de 1 mM). Utilizando o modelo de exclusão de vizinhos para ajustar os dados obtidos experimentalmente para o comprimento de contorno, demostramos que a cafeína não possui comportamento de intercalante. Além disso, fomos capazes de observar uma mudança conformacional da molécula de DNA devido a ligação com a cafeína, onde essa mudança ocorre no sentido de transformar o B-DNA em A-DNA. A alteração da força iônica da solução foi capaz de mudar a forma de interação da cafeína ao DNA. Para força iônica alta, a ligação da cafeína ao DNA apresenta cooperatividade positiva, possuindo um coeficiente de Hill (n) igual a 3. No regime de força iônica baixa, a cooperatividade da ligação desapareceu e o coeficiente de Hill diminuiu para 1. Fomos capazes também de estimar o constante de ligação da cafeína ao DNA como sendo Ki= (0,3±0,02)10^⁻1 M^⁻1 para força iônica alta Ki= (7,3±4,0)10^⁻1 M^⁻1 no regime de força iônica baixa.Item Atividades investigativas no ensino de Hidrostática(Universidade Federal de Viçosa, 2017-05-02) Filippini, Arthur Schelb; Carvalho, Regina Simplício; http://lattes.cnpq.br/7895996292024154O presente trabalho apresenta um estudo sobre atividades investigativas no ensino de hidrostática aplicadas no Ensino Médio. O objetivo da pesquisa foi o de elaborar uma sequência didática com abordagem investigativa, testar e analisar os seus impactos na aprendizagem dos alunos. As aulas, com caráter experimental, foram planejadas e elaboradas com a utilização de materiais de baixo custo e de fácil aquisição, podendo assim ser ministradas em uma sala de aula comum. Os temas abordados nas aulas foram Pressão e Empuxo. As atividades investigativas foram aplicadas para uma turma constituída por alunos voluntários da primeira série do Ensino Médio de uma escola pública da cidade de Belo Horizonte – MG. A coleta de dados foi feita durante dois meses, na turma com média de quinze alunos frequentes. As aulas com duração de cinquenta minutos eram divididas entre a apresentação do experimento a ser realizada, explicação do problema a ser investigado, execução do experimento, formulação, discussão das hipóteses e aplicação de teste. Os resultados obtidos foram analisados em busca de indicadores de alfabetização científica e aprendizagem significativa dos conceitos de física trabalhados.Item A influência da interação entre segundos vizinhos na termodinâmica e na dinâmica de redes de Skyrmions(Universidade Federal de Viçosa, 2017-04-03) Oliveira, Erika Aparecida da Silva; Pereira, Afranio Rodrigues; http://lattes.cnpq.br/4680214469214382Nesta tese estudamos a influência de segundos vizinhos na termodinâmica e na dinâmica de redes de skyrmions. Na primeira parte usamos técnicas de Monte Carlo para estudar a termodinâmica de redes de spins quadradas com interações quirais. Como principal resultado, através do cálculo do calor especı́fico, da susceptibilidade magnética longitudinal e do número de skyrmions na rede, obtivemos o diagrama de fase, interação de Dzyaloshinskii-Moriya entre segundos vizinhos versus campo magnético, para diferentes intensidades de interações de troca entre segundos vizinhos. Além de reproduzir resultados da literatura, quando as interações com os segundos vizinhos é zero, nossos resultados mostram que sistemas com interações antiferromagnéticas mais fortes, entre segundos vizinhos, apresentam a fase skyrmiônica num intervalo maior de campo magnético. Essas interações podem fornecer ainda outras contribuições importantes, como alteração no perı́odo dos estados helicais e parâmetro de rede das redes de skyrmions, bem como influenciam diretamente o raio dos skyrmions. Na segunda parte desta tese estudamos a evolução temporal de redes de skyrmions na presença de cor- rentes polarizadas de spins, na rede limpa e com vacâncias, utilizando as equações de Landau-Lifshitz-Ginzburg. Nossos estudos apontam que sistemas com uma concen- tração grande de impurezas (1%) atrapalham o deslocamento dos skyrmions, atuando como forças de “pinning”, podendo levar à destruição de skyrmions alterando a forma hexagonal original da rede. Além disso, detectamos uma velocidade transversal à cor- rente aplicada, que corresponde à uma contribuição de origem topológica ao efeito Hall, ligeiramente maior para os sistemas em que a interação com segundos vizinhos é maior, indicando que em tais sistemas possa ser mais fácil a detecção de tal efeito.Item Estudo da influência da magnetização em vórtice no transporte de spin em silício(Universidade Federal de Viçosa, 2017-07-17) Cacilhas, Rafael Venâncio; Araújo, Clodoaldo Irineu Levartoski de; http://lattes.cnpq.br/1396315577832154Vórtices magnéticos tem sido alvo de intensa investigação nos últimos anos devido a possibilidades de aplicação em diversas áreas, como dispositivos lógicos, de memórias e até mesmo em combate ao câncer. Este trabalho tem como objetivo estudar e caracterizar estes vórtices em dois sistemas diferentes e suas possíveis aplicações como eficientes injetores e coletores de spin em semicondutores, sendo utilizadas para tal fim medidas de magnetorresistência Gigante (GMR) nos dispositivos híbridos laterais investigados. As duas amostras utilizadas são redes de discos de níquel evaporados sobre silício, construídos por litografia, e um sistema de aglomerados de permalloy eletrodepositados sobre silício. Para caracterizar a magnetização foram utilizadas diversas técnicas, como medidas de Magneto-optic Kerr Effect (MOKE) e de magnetorresistência (em configurações locais e não locais), além de ressonância ferromagnética e estudos teóricos feitos através de simulação com Mumax para determinar o estado fundamental e a histerese deste tipo de sistemas. Nossa proposta é de que este tipo de magnetização em vórtice é mais eficiente para medidas de GMR em comparação aos eletrodos ferromagnéticos compostos por monodomínio unidirecionais, pois não é necessário o uso de uma camada antiferromagnética para fazer o pinning de um dos contatos ferromagnéticos, já que os vórtices em rede se alinham antiferromagnéticamente no estado fundamental para minimização de sua energia. Foi possível observar o sinal de GMR mesmo em distâncias de 100 μm, que estão muito acima dos valores usualmente encontrados na literatura, característica que traz grande potencial destes sistemas em aplicações práticas.Item Preparação de emulsões micrométricas de baixa polidispersão pela evaporação de cossolventes(Universidade Federal de Viçosa, 2011-02-14) Virgens Junior, Ubirajara Pereira das; Teixeira, Alvaro Vianna Novaes de Carvalho; http://lattes.cnpq.br/1970334775102605Emulsões são dispersões de um fluido (fase dispersa) em outro (fase contínua) com a condição de que estes fluidos sejam imiscíveis entre si.Este tipo de dispersão e formado por gotas esféricas, termodinamicamente metaestáveis, e podem ser estabilizadas parcialmente pela adição de surfactantes. Estas dispersões apresentam uma grande gama de aplicações tecnológicas na indústria química, farmacêutica, de alimentos, etc. Podem ser produzidas de diversos meios, dentre os quais se destacam as técnicas de microfluídica, que utiliza diversos tipos dispositivos específicos para esta finalidade, que podem produzir de emulsões com baixa dispersão de tamanhos (% 3%) e com dimensões con- trolaveis por meio das vazões das fases. Este ganho de qualidade aumenta ainda mais a gama de aplicações tecnológicas destas dispersões. Um dos principais parâmetros que caracterizam uma emulsão de alta qualidade e o tamanho das gotas. Por isso, na primeira parte de nosso trabalho, procuramos prever como varia o diâmetro médio das gotas produzidas por um dispositivo de focagem de fluxo, generalizando a equação de Umbanhovvar et al, que prevê o diâmetro das gotas produzidas por um dispositivo de fluxo coaxial. Depois produzimos e caracterizamos o tamanho médio das gotas em emulsões de óleo em água em relação as vazões das fases, e comparamos com o modelo de Umbanhovvar. Assim verificamos que a equação de Umbanovvar apresenta-se válida para um dispositivo de focagem de fluxo. No entanto os métodos de microfluídica apre- sentam limitações, como a baixa escala de produção e o tamanho mínimo das gotas, que pode chegar a um no caso de dispositivos mais sofisticados, feitos com PDMS (polidimetilsiloxano). A limitação de tamanho mínimo decorre tanto de dificuldades técnicas pela interferência das paredes dos dispositivos quanto pela transição de regime, de gotejamento para jatos. Na segunda parte de nosso trabalho procuramos reduzir o tamanho das emulsões através do método de evaporação de cossolvente. Inicialmente produzimos emulsões de óleo e clorofórmio disperso em uma solução de água, glicerina e álcool polivinílico (PVA), onde a concentração de óleo na fase dispersa foi variada em ? amostras diferentes. Depois disso esperamos a evaporação do clorofórmio e, durante este processo fotografamos as emulsões em intervalos de tempo determinados, o que nos permitiu verificar a variação no tamanho e na distribuição de tamanhos das gotas no decorrer do tempo. Foi possível reduzir consideravelmente o tamanho das emulsões. Conseguimos reduções para 62,2% e 16,8% do tamanho inicial das emulsões, para as amostras onde as concentrações de óleo eram respectivamente 10%v/v e 0,00017%v/v. Para pequenas concentrações de óleo a redução de tamanho foi limitada pelas impurezas do cossolvente (clorofórmio). Além disso, as emulsões apresentaram, após a evaporação do cossolvente, uma distribuição de tamanhos próxima a distribuição anterior a aplicação do método, o que atesta a validade desta estratégia.Item Um estudo sobre medida de emaranhamento(Universidade Federal de Viçosa, 2011-07-18) Silva, Saulo Luis Lima da; Franco, Daniel Heber Theodoro; http://lattes.cnpq.br/1623977278959069Além disso, o emaranhamento tem se mostrado um ingrediente indispensável no ramo da computação quântica (no processamento e transmissão de informação) e também na física da matéria condensada (na compreensão de transições de fase quântica). No presente trabalho temos por objetivo apresentar algumas formas de caracterizar tanto quantitativo, quanto qualitativamente, o emaranhamento. Em especial, pretendemos apresentar e aplicar o método desenvolvido por Dahl et al. [1]. Tal método consiste em determinar a distância do estado separável mais próximo do estado de interesse, uma vez que tal distância pode ser utilizada para medir o grau de emaranhamento do sistema. Entendemos por estado separável um estado que apresenta somente cor- relações clássicas, ou seja, um estado não-emaranhado, estados que não são separáveis são ditos emaranhados.
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