LINUX.ORG.RU

Моделирование броуновского движения в гравитационном поле

 , , , ,


0

1

Я тут написал примитивную программу для моделирования броуновского движения, только на целочисленной арифметике, и частица там может ходить по 8 направлениям, как король в шахматах. Т.е. каждый квант времени частица меняет свою координату одним из способов:

[?][?][?]
[?][*][?]
[?][?][?]
и вероятность каждого шага равна 1/8. Если при попытке пойти куда-то частица упирается в стенку, она остается неподвижной на этом шаге симуляции. Гравитация симулируется так: каждый N-тый шаг частица идет на клетку вниз.
[ ][ ][ ]
[ ][*][ ]
[ ][.][ ]
Если внизу есть пол - остается неподвижной,

Загрузил я в этот симулятор шахматного короля такую вот «карту» https://i.imgur.com/u9nnDCS.png c начальными координатами x=3, y=250 (это получается левый нижний угол):

0
 +-----> (x)
 |
 |
 |
 V

(y)
и потом попробовал посмотреть на то, где обычно оказывается координата частицы после длительной симуляции. И вот получается такая картина https://i.imgur.com/NUXtBCo.png

Тут я вывел на график точки, где частица оказывается после такого-то количества шагов. Можно конечно еще какие-то тепловые карты построить, но и так вроде все ясно, вероятность нахождения частицы в нижних секциях этой «лесенки» оказывается ниже, чем в верхних. Если разобраться, получается так, что когда частица попадает в такую вот решетку, которая есть в тех секциях

[#][ ][#][?][#][ ][#]...
[#][ ][#][*][#][ ][#]...
[#][ ][#][?][#][ ][#]...
то идти она может только вверх и вниз, с вероятностью 1/8 вверх, и 1/8 вниз, 6/8 вероятность что она стоит на месте, но при этом гравитация ее толкает вниз, и получается так, что в этих решетках частица опускается быстрее, чем это происходит в пустом пространстве. А насколько это применимо к динамике движения реальных молекул газа или частиц в каких-нибудь коллоидах? Если сделать решетку из каких-нибудь нанотрубок достаточно большого диаметра, и в них залетают молекулы газа, они там тоже будут быстрее падать, чем без них?

Исходники программы могу выложить, если она кому-то интересна.

★★★★★

Последнее исправление: SZT (всего исправлений: 1)
Ответ на: комментарий от thunar

Я не разумею вашу схему

Есть несколько соединенных камер на разной высоте, каждая камера соединена с другой вышестоящей через эти анизотропные трубки, в которые если влетают молекулы тяжелого газа, то они чаще чем в «пустом» пространстве вылетают внизу, чем вылетают вверху, и в итоге они оказываются в более высокой камере. https://i.imgur.com/lQydKxK.png

Вот надо проверить, как реальные частицы газа в таких нанотрубках будут себя вести, будут ли они чаще проваливаться, чем вылетать сверху. И если да, то каким образом молекула газа приобретает потенциальную энергию с бОльшей вероятностью, чем ее теряет? Это вроде нарушает второе начало термодинамики, хотя оно не про реальные газы, и гравитацию там не учитывают никак.

SZT ★★★★★
() автор топика
Последнее исправление: SZT (всего исправлений: 4)
Ответ на: комментарий от SZT

Вот надо проверить, как реальные частицы газа в таких нанотрубках будут себя вести

Возможно, как нано-«сосиска Винера» ©.

каким образом молекула газа приобретает потенциальную энергию с бОльшей вероятностью, чем ее теряет? Это вроде нарушает второе начало термодинамики

Демон Максвелла придёт
И порядок наведёт :)

quickquest ★★★★★
()
Последнее исправление: quickquest (всего исправлений: 1)
Ответ на: комментарий от quickquest

нано-«сосиска Винера»

Не будет нанососиски когда длина пробега или корень сечения сравнимы с размером трубки.

thunar ★★★★★
()
Последнее исправление: thunar (всего исправлений: 1)
Ответ на: комментарий от SZT

каждая камера соединена с другой вышестоящей через эти анизотропные трубки

А чем эти трубки анизотропные то? Гравитацией? Так что бы эта гравитация начала играть роль, надо что бы как писал @thunar mgl>kT, где l длина трубки. Посчитайте сначала какое там должно быть gl

Кроме того есть взаимодействие частицы со стенками трубки, Вы его не учитываете. Вот если сделать трубку конической, то она действительно может стать анизотропной и фильтровать газ даже без гравитации…

AntonI ★★★★★
()
Ответ на: комментарий от AntonI

А чем эти трубки анизотропные то? Гравитацией?

Тем, что они ограничивают движение этой частицы. Частица не может сходить налево или направо. В пространстве без трубок такого нет. Частица будет часто сталкиваться со стенками трубок, обмениваясь с ними энергией.

SZT ★★★★★
() автор топика
Последнее исправление: SZT (всего исправлений: 1)
Ответ на: комментарий от AntonI

Кроме того есть взаимодействие частицы со стенками трубки, Вы его не учитываете.

Каким образом его учитывать при моделировании? Моделировать каждый отдельный атом в этой нанотрубке, методом молекулярной динамики?

SZT ★★★★★
() автор топика
Последнее исправление: SZT (всего исправлений: 1)
Ответ на: комментарий от SZT

В общем пока склоняюсь к версии, что надо взять некий пакет для молекулярной динамики (GROMACS например) и как-нибудь его запатчить, чтобы частица немного падала на каждом шаге.

Там для взаимодействия разных атомов используется потенциал Леннарда-Джонса, можно будет его выкинуть, заменив на что-то более простое, чтобы быстрее считалось.

SZT ★★★★★
() автор топика
Последнее исправление: SZT (всего исправлений: 2)
Ответ на: комментарий от SZT

Каким образом его учитывать при моделировании? Моделировать каждый отдельный атом в этой нанотрубке, методом молекулярной динамики?

А это зависит от потенциала взаимодействия со стенкой. В терминах клеточного автомата, энергия в пристеночной клетке будет отличаться от энергии в клетке которая не граничит со стенкой

AntonI ★★★★★
()
Ответ на: комментарий от SZT

Там для взаимодействия разных атомов используется потенциал Леннарда-Джонса, можно будет его выкинуть, заменив на что-то более простое, чтобы быстрее считалось.

Там используются очень разные потенциалы и основная вычислительная сложность обусловлена отнюдь не вычислительной сложностью потенциала Л-Дж, есть туча других факторов.

AntonI ★★★★★
()
Вы не можете добавлять комментарии в эту тему. Тема перемещена в архив.