Derivation of the Ginzburg-Landau equation and its application to the Taylor-Couette flow

LAUREA MAGISTRALEIn questo lavoro di tesi, si è studiata la stabilità di correnti fluide con determinate proprietà di simmetria. Tali proprietà sono l'invarianza rispetto a traslazioni e rotazioni lungo due direzioni specifiche. La teoria sviluppata è stata poi applicata alla corrente che si sviluppa tra due cilindri concentrici rotanti, nota come corrente di Taylor-Couette. Questa corrente base stazionaria possiede infatti due direzioni omogenee lungo le quali la corrente è simmetrica per traslazione e riflessione-la direzione assiale-e per rotazione-la direzione azimutale. Il seguente elaborato è diviso in due parti principali: la prima riguarda lo studio della stabilità lineare, inviscida e viscosa, della corrente di Taylor-Couette. La seconda parte tratta invece la stabilità non lineare e rappresenta il maggior contributo di questo lavoro. Per quanto riguarda la prima parte, si è impostato e risolto il problema relativo alla stabilità lineare della corrente di Taylor-Couette conducendo un'analisi parametrica che coinvolgesse tutti i parametri in gioco, fluidodinamici, geometrici e cinematici. Nella fattispecie è stata ricavata la soluzione esatta di Taylor-Couette a partire dalle equazioni di Navier-Stokes per poi ricavare e analizzare le equazioni che descrivono le perturbazioni del campo di velocità e del campo di pressione sotto le ipotesi di validità della teoria lineare. Proseguendo con la seconda parte dell'elaborato, si è passati a spiegare la teoria basata sullo studio della stabilità non lineare di un generico sistema dinamico, per poi applicare la trattazione alle equazioni di Navier-Stokes considerando come punto fisso del sistema la corrente di Taylor-Couette. La necessità di dover indagare la stabilità non lineare del nostro sistema risiede nel fatto che la soluzione base di Taylor-Couette può dar luogo a stati di equilibrio non iperbolici, ossia tali per cui esiste almeno un autovalore del sistema linearizzato associato che ha parte reale nulla. In questo caso la sola stabilità lineare non è in grado di predire la stabilità del punto fisso in questione, la quale va accertata mediante l'applicazione di metodi che facciano intervenire i termini non lineari presenti nelle equazioni di governo. In particolare, il metodo che si è utilizzato si colloca tra i metodi perturbativi e consiste nell'effettuare un'espansione asintotica della soluzione nell'intorno di un punto critico del sistema linearizzato. Abbinando all'espansione asintotica il metodo delle scale multiple, è stato possibile derivare un'equazione-nota come equazione di Ginzburg-Landau-che descrive la dinamica non lineare del nostro sistema proprio nell'intorno del punto critico considerato. Questa equazione è stata applicata all'instabilità del flusso di Taylor-Couette rispetto a disturbi assialsimmetrici ed è stata risolta in diverse condizioni. Ciò ha permesso in ultimo di valutare l'accuratezza del modello di Ginzburg-Landau nel predire la soluzione completa di particolari problemi di Navier-Stokes.In this thesis work, we studied the fluid dynamic stability of flows that are invariant, i.e. homogeneous, in one direction or more. The developed theory was then applied to the particular flow that develops between two rotating concentric cylinders, the Taylor-Couette flow. This stationary base flow in fact has two homogeneous directions along which it is symmetric by translation and reflection-the axial direction-and by rotation-the azimuthal direction. This work is divided in two major parts: the first part is a preparatory study of the linear stability, both inviscid and viscous, of the 2D Taylor-Couette flow. The second part is the main contribution of this work and deals with the nonlinear stability of the aformentioned base flow. As regards the first part, a parametric analysis of the linear stability of the Taylor-Couette flow was carried out including all the parameters that play a role in the governing equations, fluid dynamic parameters, geometric parameters and kinematic parameters. In this context, the Taylor-Couette flow was obtained as an exact solution starting from the Navier-Stokes equations and then the equations describing the perturbations of the velocity and pressure fields were obtained and analysed under the hypothesis of validity of the linear theory. Coming to the second part of this work, we first explained the theory used to investigate the nonlinear stability of a generic dynamical system, and then we applied it to the Navier-Stokes equations considering the Taylor-Couette flow as a fixed point of the system. The need to investigate the nonlinear stability of our system lies in the fact that the Taylor-Couette solution can give rise to non-hyperbolic equilibrium states, for which there exists at least one eigenvalue of the associated linearised system, with null real part. In this case the linear stability is not able, alone, to predict the stability of the fixed point, and the only way to ascertain its stability is to apply methods that take into account the nonlinearities that are present in the governing equations. In particular, the method we used lies in the class of the perturbation methods and consists in carrying out an asymptotic expansion of the solution around a critical point of the linearised system. Using the multiple-scale method, it is possible to derive an equation-known as Ginzburg-Landau equation-which describes the nonlinear dynamics of the system right in the neighbourhood of the considered critical point. This equation has been applied to the first instability of the Taylor-Couette flow to axisymmetric disturbances and it has been solved under several conditions. Finally these solutions have been used to test the accuracy of the Ginzburg-Landau model to predict the complete solutions of particular Navier-Stokes problems

The acute effect of cannabis on ammonia dynamics: a potential new mechanism for THC in locomotor activity?

Effetto in acuto della cannabis sull'equilibrio dell'ammonio: Un nuovo potenziale meccanismo del THC sull'attivit\ue0 motoria

Characterization of the mitochondrial and nuclear proteome of neural cells derived from iPSCs from schizophrenia patients

Orientadores: Daniel Martins de Souza, Juliana Minardi NascimentoDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de BiologiaResumo: A esquizofrenia é um transtorno psiquiátrico grave que pode atingir até 1% da população mundial e geralmente se manifesta no final da adolescência/início da idade adulta. Segundo a hipótese do neurodesenvolvimento, disfunções precoces no cérebro em desenvolvimento, devido a fatores genéticos e ambientais, resultam no surgimento da esquizofrenia. Estudos realizados com o intuito de elucidar os mecanismos da doença mostram que processos celulares importantes estão alterados, tais como função mitocondrial, resposta a espécies reativas de oxigênio e outros. Afim de estabelecer se existem alterações relacionadas ao metabolismo energético e função mitocondrial em estágios iniciais do neurodesenvolvimento e suas possíveis implicações para o estabelecimento da esquizofrenia, no presente trabalho foram analisados os proteomas mitocondriais e nucleares de células-tronco neurais (NSCs) e neurônios derivados de células-tronco de pluripotência induzida (iPSCs) de pacientes com esquizofrenia e controles saudáveis. Por conseguinte, a análise comparativa das amostras foi realizada através de proteômica em larga escala baseada em espectrometria de massas. Posteriormente, as proteínas encontradas com diferenças significativas ao comparar esquizofrenia e controle foram submetidas a análise de biologia de sistemas in silico para obtenção das vias bioquímicas relacionadas a cada condição. Processos celulares e vias canônicas associados à função mitocondrial, controle do ciclo celular, reparo ao DNA e neuritogênese foram encontrados alterados em esquizofrenia revelando que processos-chave do neurodesenvolvimento podem estar afetados, como diferenciação neuronal e orientação axonal, e dar origem às alterações fenotípicas observadas em pacientes adultos. Dessa forma, os dados gerados nesta dissertação de mestrado auxiliarão na identificação de mecanismos que podem estar alterados durante o neurodesenvolvimento em pacientes com esquizofrenia e contribuir para um melhor entendimento do estabelecimento da doençaAbstract: Schizophrenia is a severe psychiatric disorder that can affect up to 1% of the world¿s population and usually manifests itself at the end of adolescence/beginning of adult life. According to the neurodevelopment hypothesis, early dysfunctions in the developing brain, due to genetic and environmental factors, lead to the appearance of schizophrenia. Studies conducted with the purpose of elucidating the mechanisms of the disorder show that important cellular processes are altered, such as mitochondrial function, response to reactive oxygen species and others. To stablish if there are alterations related to energy metabolism and mitochondrial functions in early stages of neurodevelopment and their possible implications to the stablishment of schizophrenia, in the present work the mitochondrial and nuclear proteomes of neural stem cells (NSCs) and neurons derived from induced pluripotent stem cells (iPSCs) from schizophrenia patients and healthy controls were analyzed. The comparative analysis was conducted through large-scale mass spectrometry-based proteomics. Subsequently, the proteins found to be significantly different in schizophrenia when compared to controls were submitted to an in silico systems biology analysis to obtain the biochemical pathways related to each condition. Cellular processes and canonical pathways related to mitochondrial function, cell-cycle control, DNA repair and neuritogenesis were found altered in schizophrenia revealing that key processes of neurodevelopment may be affected, such as neuronal differentiation and axonal guidance, and give rise to the phenotypic alterations observed in adult patients. In this way, the data generated in this dissertation will contribute to the identification of mechanisms that can potentially be altered during neurodevelopment in schizophrenia patients and contribute to a better understanding of the disorder¿s stablishmentMestradoBioquimicaMestra em Biologia Funcional e Molecular2016/04912-2FAPES

Tra educazione formale e non formale, un progetto interdisciplinare a partire dal contatto con le opere d’arte

The presented study aims to reflect on the relationship between formal andnon-formal education in an interdisciplinary perspective, with a focus on educationthrough art, starting from a research-action-training experience withtwo classes of a primary school in Milan. In this project, the direct contactbetween children and contemporary artworks was experienced as an extremelysignificant element, thanks to which shared interpretations can bebuilt. The aim of artworks here was not at memorizing the deposited meanings,in a passive vision of culture, but a direct exploration, in which the childrenwere able to activate many expressive languages (iconic, sonorous,linguistic), sharing view points while building meanings together. The workinvolved the participation and direct involvement of musicians, museum educators,teachers, as well as families and other school children. Accurate documentationhas made possible to obtain some materials from which, inaddition to designing the passages, some proposals and reflections havebeen formulated in the field of art education, with the involvement of otherdisciplines. This was an art education that used museums’ strategies contemporaryculture’ places to innovate teaching practices which wanted to put inthe foreground the participation of everyone in the perspective of a culturethat is built together.Il contributo presentato vuole riflettere sul rapporto tra educazione formalee non formale in una prospettiva interdisciplinare, con un fuoco sull’educazioneattraverso l’arte, a partire da un’esperienza di ricerca-azione-formazionecon due classi di una scuola primaria di Milano. In questo progetto ilcontatto diretto tra i bambini e le opere d’arte contemporanee è stato vissutocome un elemento estremamente significativo, grazie al quale costruire interpretazionicondivise. Non si è trattato di un uso delle opere volto alla memorizzazionedei significati depositati, in una visione passiva della cultura,ma di un’esplorazione diretta, in cui i bambini hanno potuto attivare moltilinguaggi espressivi (iconico, sonoro, linguistico), condividendo punti di vistae costruendo insieme significati. Il lavoro ha previsto la partecipazione e ilcoinvolgimento diretto di musicisti, educatori museali, docenti, coinvolgendole famiglie e altri bambini della scuola. Un’accurata documentazioneha permesso di ricavare alcuni materiali a partire dai quali, oltre a progettarei passaggi, sono state formulate alcune proposte e riflessioni nel campodell’educazione all’arte, con il coinvolgimento delle varie discipline. Un’educazioneattraverso l’arte che ha utilizzato le strategie proprie dei musei e deiluoghi della cultura contemporanea per innovare le pratiche didattiche, cheha voluto mettere in primo piano la partecipazione di ognuno nell’ottica diuna cultura che si costruisce insieme

A deep-water closure model for surface waves on axisymmetric swirling flows

We consider the propagation of linear gravity waves on the free surface of steady, axisymmetric flows with purely azimuthal velocity. We propose a two-dimensional set of governing equations for surface waves valid in the deep-water limit. These equations come from a closure condition at the free surface that reduces the three-dimensional Euler equations in the bulk of the fluid to a set of two-dimensional equations applied only at the free surface. Since the closure condition is not obtained rigorously, it is validated numerically through comparisons with full three-dimensional calculations for vortex flows, including for a Lamb--Oseen vortex. The model presented here overcomes three limitations of existing models, namely: it is not restricted to potential base flows; it does not assume the base flow to have a flat free surface; and it does not require the use of infinite-order differential operators (such as $\tanh(\nabla)$) in the governing equations. The model can be applied in the case of rapid swirl (large Froude number) where the base free surface is substantially deformed. Since the model contains only derivatives of finite order, it is readily amenable to standard numerical study.Comment: 13 pages, 5 figure

Esercizi di complessità: l'approccio fenemenologico alla follia

Il lavoro si propone di riflettere sul problema dell'oggettività scientifica e le sue implicazioni nell'approccio allo studio della persona a partire dalla storia della costituzione della psichiatria classica, dall'alienistica di Philippe Pinel al sistema nosografico di Kraepelin. Si procede analizzando l'opera di Ludwig Binswanger e in particolare "Il caso Ellen West" per descrive l'alternativa al sistema riduzionista proposta dalla stagione fenomenologica. Nella terza parte, si getta uno sguardo sui problemi della diagnosi in psichiatria richiamando la filosofia di Canguilhem sul normale e il patologico per mostrare come l'oggettività, la neutralità e la generalità, cardini del concetto di scienza, costino la perdita di quella complessità che al contrario è peculiare del nostro mondo e della nostra stessa costituzione. Questa perdita si esprime nella rigida separazione dei saperi, divisi tra "scienze umane" e "scienze naturali", iscritta nel segno dell'incomunicabilità reciproca e in un assetto scientifico che riduce la pluralità e la differenza dell'esistenza umana ad una sola dimensione materiale e statica

Gioielli in mostra. Progetto di un nuovo museo per Milano

LAUREA SPECIALISTICALa città di Milano possiede numerose collezioni di gioielli, la maggior parte parzialmente esposte. Il mio progetto si pone l’obbiettivo di concretizzare un allestimento, per il nuovo museo interamente dedicato al gioiello, che troverà sede a Palazzo Morando nel centro della città. Il percorso progettuale incomincia con l’analisi del sistema orafo/design della città e dei musei che espongono gioielli nelle loro collezioni. La ricerca si è estesa con lo stesso criterio ai musei italiani ed esteri. È stata completata con alcuni esempi di mostre dedicate al gioiello e casi studio di aziende produttrici di allestimenti museali. Nello sviluppare il progetto, ho dovuto tenere in considerazione i limiti imposti dalla struttura storica dell’edificio, non modificabile. Per questo motivo le vetrine e i pannelli didattici sono autoportanti. Ho realizzato tre teche di differenti lunghezze, con all’interno un sistema modulare per esporre i gioielli. Il sistema modulare si compone di forme geometriche e bacchette per posizionare a differenti altezze i gioielli. Grazie a questa soluzione i pezzi si dispongono armoniosamente nella vetrina. Il sistema modulare è sempre riposizionabile secondo le esigenze. Le teche sono dotate di illuminazione interna. Il corpo delle vetrine è personalizzabile e nel mio allestimento ho scelto una texture damascata in coordinato con il colore della grafica dei pannelli didattici. Ogni sala ha un differente colore, in base alla tipologia di gioiello che viene esposto. Il progetto è composto dalle vetrine, dai pannelli didattici e dal materiale informativo, concepito con una grafica coordinata, a cui si aggiunge l’ideazione del logo identificativo del nuovo museo. Nel progetto ho maggiormente approfondito gli aspetti legati al metodo di esporre il gioiello per valorizzarlo al meglio. Il progetto potrebbe avere ulteriori evoluzioni andando ad indagare nuovi elementi per esporre i gioielli e nuove tipologie di vetrine