Fizika

Numerička simulacija i optimizacija TMD-a

Filip Miljević*, Nikola Ružić**

*III razred, Matematička gimnazija, Beograd; **III razred, IX "Mihailo Petrović Alas", Beograd[poster]

U radu je vršena numerička simulacija dve vrste TMD-a, u obliku fizičkog klatna i opruge, čiji se rezultati poklapaju sa teorijskom pretpostavkom i eksperimentalnim rezultatima. Vršene su simulacije na 3 različita modela zgrade. Za model zgrade u realnim dimenzijama sa TMD-em u obliku fizičkog klatna vršeno je variranje mase i dužine klatna čime su pronađeni optimalni parametri klatna pri kojima je prigušenje zgrade najefikasnije.

Fenomen kreiranja konusnog oblika na vrhu zaleđenih kapljica rastvora alkohola

Sofija Miljković*

*IV razred, Matematička gimnazija, Beograd[poster]

Kada se kapljica vode postavi na površ temperature manje od nula stepeni, proces zamrzavanja se odvija odozdo nagore i vrh kapljice postepeno dobija konusni oblik. Ovaj fenomen se javlja kod tečnosti manje gustine od gustine vode i u ranijim radovima nije ispitivano ponašanje kapljice od različitih tečnosti.

U ovom eksperimentu su korišćene koncentracije rastvora u opsegu od 1% do 17%, a zapremine kapljice u opsegu od 10 do 30 mikrolitara. Mikrolitarskom pipetom kapljice se postavljaju na bakarnu površ koja je u kontaktu sa tečnim azotom. Njihovo zamrzavanje traje 7-15 sekundi, a temperatura bakra je konstantna i dostiže oko -40 stepeni celzijusa. Kapljice su za vreme i posle zaleđivanja snimane kamerom pomoću makroobjektiva.

Kapljice se zaleđuju na različite načine promenom koncentracije etanola smeše od koje je ona napravljena. Ovaj fenomen nije nikada ranije zabeležen. U prvom intervalu koncentracija etanola od 0-5%, klasteri molekula etanola su mali i zbog toga pospešuju heterogenu strukturu. To je najverovatnije razlog za postojanje različitih oblika zamrznutih kapljica, što utiče na određivane vrednosti konusnih uglova. Standardne devijacije merenja konusnih uglova zbog toga su najveće u ovom opsegu koncentracija. U intervalu koncentracija 5-13% etanola, ne mogu se uočiti specifični oblici kao u prethodnom opsegu, ali primećena je stepena zavisnost smanjenja ugla povećanjem koncentracije. Krajnji interval 13%-17% karakterističan je za pojavljivanje kapljica s “izbočenim” vrhovima, s učestalošću jednom u dvadeset zaleđenih kapljica. Obrada slika tako dobijenih konusa nije moguća, a ugao tipičnih kapljica, koje nemaju spečifičan vrh, se povećava povećanjem koncentracije. S koncentracijom većom od 17% ne dolazi do fenomena konusnog vrha.

Analiza i razvoj modela konačnih dipolnih heliksa

Mihailo Radojević*, Nikola Petreski**

*III razred, Šabačka gimnazija, Šabac; **III razred, Šabačka gimnazija, Šabac[poster]

Tema ovog rada su heliksi sastavljeni od konačnog broja čvrstih dipolnih sfera, poznati pod terminom konačni dipolni heliksi. Čvrste dipolne sfere interaguju preko dve vrste interakcija, a to su: dipol – dipolna interakcija i tvrda interakcija čvrstih sfera. Iako se na prvi pogled može učiniti jednostavnim, ovakav sistem ispoljava kompleksno ponašanje usled prirode dipol – dipolne interakcije, koja je dugodometna i anizotropna. Analizirali smo razne slučajeve interakcije heliksa sa probnom dipolnom sferom, kao i sa identičnim heliksom, pri čemu su uzete u obzir različite dipolne orijentacije heliksa, takozvana ST (single – thread) i MT (multi – thread) dipolna orijentacija. Prvi deo našeg rada predstavlja detaljnu analizu interakcija u kojima učestvuju konačni dipolni heliksi, a drugi deo je vezan za razvoj modela datih heliksa. U modelovanju je cilj zameniti heliks uprošćenom strukturom koja uključuje prsten i lanac i proveriti da li se ovakva uprošćena struktura po pitanju interakcija ponaša kao heliks koji modeluje. Formirali smo i dve vrste modela heliksa koje predstavljaju pojednostavljenu zamenu za heliks i proverili koliko mogu reprodukovati zadate interakcije.

Evolucija populacije koja igra kooperativne igre

Nina Zdravković*, Milica Urošević**

*II razred, Gimnazija "Bora Stanković", Niš; **II razred, Prva kragujevačka gimnazija, Kragujevac[poster]

Zatvorenikova dilema je jedan od najistraženijijh primera iz teorije igara jer se može koristiti kao model interakcije sa ciljem da se shvate ponašanja sistema iz ekonomije, politike i biologije. Ipak, pored nje postoje i druge igre koje opisuju neke druge sisteme sa kojima se takođe svakodnevno srećemo. Cilj ovog rada je da se pored zatvorenikove dileme ispita i ponašanje populacije jedinki koja igra druge igre - igre kukavica, igre harmonije i igre lova na jelene. Posmatrana je njihova evolucija kroz vreme, koja je modelovana genetskim algoritmom, sa ciljem nalaženja strategija koje najbolje opstaju kroz vreme svake od igara za različite koeficijente mutacije.

In silico poredenje efekata različitih nanočestica u Ožeovoj radioterapiji

Dunja Prokić*, Marija Krstić**

*III razred, Prva kragujevačka gimnazija, Kragujevac; **III razred, I beogradska gimnazija, Beograd[poster]

U modernoj medicini, pojavljuju se nove metode lečenja raka koje teže da budu što manje invazivne. U našem radu, proučava se metoda koja uključuje Ožeove elektrone i usmerava ih ka kancerogenom tkivu, u cilju da se što manje zdravog tkiva ošteti. Simulacija je rađena u CERNovom softveru GEANT4, u kom je napravljen model tkiva. Cilj našeg projekta je posmatranje deponovane energije unutar tumora, ali i unutar okoline, kako bismo simulirali što efikasniji sistem, koji će uništiti tumor, ali ne i okolno tkivo. U ovu svrhu se koristi Ožeov efekat, koji omogućava preciznije fokusiranje zračenja na kancerogeno tkivo, a elektroni koji ga uništavaju pružaju mogućnost smanjenja početne energije kojom je celo tkivo ozračeno. Glavni cilj je naći optimalni odnos između ove dve energije, kao i najbolji element na kom se izaziva Ožeova kaskada, tako da terapija još uvek bude efektivna ali da se minimizuje doza koju primi ostatak tkiva.

Ispitivanje osobina spin-ice materijala

Andrej Jakovljević*, Bogdan Raonić**

*IV razred, Matematička gimnazija, Beograd; **???[poster]

Spin-ice materijali, odnosno oni čija je geometrija takva da ne postoji jedinstveno osnovno stanje, su predmet izučavanja još od otkrića prvog takvog materijala u vidu vodenog leda (Pauling, 1935). U ovom radu predloženo je ispitivanje karakteristika jednog tipa ovog materijala, konkretno pirhlorne rešetke, korišćenjem Metropolis-spin flip algortima, predloženog u (Goto et al., 2013). Prvobitno su ispitivani realni i imaginarni delovi magnetne susceptibilnosti ovih materijala, radi upoređivanja sa referetnim radovima. Nakon potvrde validnosti modela, ispitivano je kako na ukupnu energiju sistema utiču parametri kao što su temperatura i frekvencija oscilovanja magnetnog polja. Radi ispitivanja gornje granica do koje se model može smatrati validnim, računat je toplotni kapacitet rešetke i upoređen sa pretpostavkama po Debajevom modelu. Takođe je potvrđena pojava povećane korelisanosti spinova unutar rešetke kako su spinovi bliži. Povećavanje korelisanosti se takođe uočava sa povećavanjem uticaja dipol-dipol interakcija na sam sistem. Predlaže se dalje istraživanje sa fokusom na pojavu tzv. magnentih monopola (tačaka koje naizgled imaju samo jedan magnetni pol), kao i uticaja temperature na izgled Hamiltonijana sistema.

Ispitivanje uticaja magnetnog polja na kapljicu ferofluida

Kristina Vukosavljević*

*II razred, Gimnazija “Vuk Karadžić”, Banja Koviljača[poster]

Cilj ovog projekta je ispitivanje uticaja magnetnog polja na kapljicu ferofluida. Slučaj koji se posmatra je sledeći: da bi se smanjio uticaj spoljašnje sredine, tj. razlivanje ferofluida, kapljica se postavlja na superhidrofobičnu površinu, a ispod nje, vertikalno naviše, približava se magnet, stvarajući magnetno polje čija se jačina pojačava sa približavanjem magneta. Ispitivanje ovog fenomena rađeno je simulacijom u MATLAB-u. Kada se postavi na površinu, kapljica se može naći u dva stanja: oblate (spljoštenom) i prolate (izduženom) stanju. Utvrđeno je da se pri većim jačinama polja kapljica u početnom trenutku teži prolate stanju, kao i da pri manjim vrednostima jačine magnetnog polja kapljica neće preći u prolate stanje. Takođe, određena je i kritična vrednost broja kapljica ferofluida za koju se one, pri određenoj jačini magnetnog polja u početnom trenutku neće naći u oblate stanju.

Ispitivanje Weissenberg efekta u njutnovskim fluidima

Nina Jakovljević*, Stefan Bukurović**

*II razred, Gimnazija u Kruševcu, Kruševac; **II razred, Šabačka gimnazija, Šabac[poster]

U ovom radu ispitivana je pojava koja se javlja pri rotiranju uskog vertikalnog cilindra u posudi sa dve tečnosti koje se ne mešaju, pri čemu se dešava da se površinski sloj donje tečnosti penje uz cilindar potiskujući donju tečnost; Ovaj fenomen poznat je kao Weissenberg efekat. Uočeno je da mnogi parametri utiču na pojavu Weissenberg efekta, kao što su viskoznost, gustina donjeg fluida, razlika poluprečnika dva cilindra i ugaona brzina rotacije unutrašnjeg cilindra. Varijacijom ovih parametara, eksperimentalno je pokazano kako oni utiču na brzinu penjanja fluida, maksimalnu visinu do koje se on popne kao i najmanju brzinu na kojoj se efekat javlja.

Optimizacija dizajna solarnih ćelija

Jovan Dimitrijević*

*III razred, Tehnička škola "Nikola Tesla", Surdulica [poster]

U ovom radu je genetskim algoritmom maksimizovana apsorpcija cele ćelije za određenu talasnu dužinu svetlosti i apsorpcija u aktivnom sloju, debljine 10 nm, za opseg talasnih dužina od 300 nm do 700 nm. Ona zavisi od raspodele galijum fosfida na površinskom sloju ćelije, koji je predstavljen kvadratnom matricom dimenzije 32. Za optimalno rešenje proverena je vrednost apsorpcije upotrebom veće numeričke preciznosti. Apsorpcija solarnih ćelija je dobijena iz RCWA algoritma koji radi u Furijeovom prostoru. Dobijen je dizajn koji proizvodi 10,5W/m2 .

Simuliranje kretanja grupa pešaka pod usmerenjem vođe

Zlatan Vasović*, Maja Stošić**

*II razred, Gimnazija Čačak, Čačak; **III razred, Gimnazija Čačak, Čačak[poster]

Cilj ovog projekta je simuliranje kretanja pešaka raspoređenih u grupe sa vođom. Korišćen je model ćelijskog automata. Svaku grupu čini određen broj pešaka od kojih je tačno jedan vođa. Kretanje pešaka se zasniva na agregaciji (kretanju ka centru grupe kojim grupe održavaju krutu strukturu) i kretanju ka zadatom cilju. Podvrste kretanja ka zadatom cilju su kretanje ka izlazu, kada pešak zna gde se izlaz nalazi, i praćenje, kada se pešak kreće ka vođi. Pešacima su zadate verovatnoće za oba aspekta kretanja. Uvedena je mogućnost zamene pozicija pešaka kako bi se oni mimoišli ako se formira zastoj.

Simulirane su situacije evakuacije pešaka za različit broj grupa pešaka, verovatnoće kretanja, strukture grupa i za slučajeve kada je praćenje prisutno kao aspekt kretanja i kada nije. Uočeno je da pojave agregacije i praćenja usporavaju evakuaciju, dok je povećanje broja grupa ubrzava, što se slaže sa situacijama iz stvarnog života. Zaključeno je da se variranjem verovatnoća i drugih parametara modelom mogu simulirati različite realne situacije, npr. kada je pešacima primarno da budu blizu članova svoje grupe ili da što pre napuste prostoriju.

Rukovodioci programa: Vladan Pavlović, Petar Bojović