DM de potenciais descontínuos

Dinâmica molecular de potenciais descontínuos é uma abordagem computacional utilizada para determinar o movimento de partículas duras que só interagem por forças de contato. Assim, fica evidente a diferença entre o potencial Lennard-Jones pois este se baseia em uma interação de curto alcance, como é mostrado em DM: um primeiro programa. Para entender como as colisões ocorrem, conhecer a forma do potencial a ser estudado é vital. Como estamos considerando corpos rígidos, ou seja, que não sofrem deformação, percebe-se que a força de contato entre as partículas será infinita e o tempo de interação zero, o que torna impossível a descrição do problema a partir de uma integração de movimento simples. O método utilizado, a ser explicitado aqui, que resolve este problema é o evento dirigido.

Evento dirigido

A ideia do método para resolver o problema do força infinita é, ao invés de avançar o sistema em pequenos passos de tempo $dt$, avançar a simulação conforme as colisões forem ocorrendo. Para isso deve-se encontrar o par de partículas $i,j$ que colidirá no menor intervalo de tempo entre todas as partículas, denotaremos tal intervalo por $d{t}_{min}$, e, então, avançar o sistema. Neste ponto teremos dois objetos colados, portanto aqui deve ser feita a mudança de velocidades de tal forma a respeitar uma colisão elástica.

Determinação do tempo de colisão

Os objetos a serem usados para o cálculo do tempo de colisão entre um par de partículas $i,j$ serão discos de raio ${\sigma }_i$, ${\sigma }_j$, de distância denotada por $\sigma$. Portanto, segue que a condição de colisão é:

$|r_i(t+d{t}_{col})-r_j(t+d{t}_{col})|=\sigma$

Com $r_i$ sendo o vetor posição da partícula $i$ e $d{t}_{col}$ o tempo de colisão entre as partículas $i,j$. Tal condição nos leva a determinação de $d{t}_{col}$ a partir da expressão: