Teste2

De Física Computacional
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Resolução Analítica

Equação da difusão

ft=2fx2

Separação de variáveis: f(x,t)=h(x)g(t)

hg=hggg=hh

como um lado só depende de x e o outro só depende de t.

g=k2g  g(t)=ek2th+k2h=0 h(x)=Asin(kx)+Bcos(kx)

A função

u(x,t)=ek2tsin(kx)

é solução da equação de difusão para qualquer k. Para satisfazer as condições de contorno u(0,t)=0 e u(1,t)=0k=mπ. Como qualquer uma das funções sin(mπx) será solução, a sua superposição (linear) também o será[1]:

u(x,t)=m=1am.e(mπ)2tsen(mπx)

onde a condição inicial é dada por u(x,0)=u0(x). Se o intervalo em questão for de 0 até L, troca-se mπ por mπ/L com a finalidade de satisfazer as condições de contorno:

Pergunta computacional prática:

  • Como calcular todos os termos da série e como realizar a integração para obter os coeficientes?

Teste da solução analítica:

u(x,t)=m=1am.e(mπ)2tsin(πx)ut=m=1(mπ)2am.e(mπ)2tsen(kx)ux=m=1mπam.e(mπ)2tcos(kx)2ux2=m=1(mπ)2am.e(mπ)2tu(0,t)=m=1 ... sen(π0)=0u(1,t)=m=1 ... sen(mπ)=0 para m=0,1,2,...

A condição inicial é satisfeita pela própria definição utilizada.

  • Podes colocar algum exemplo de cálculo de u0(x)
  1. A equação de difusão que estamos tratando é linear