Legea constructală Prevalenţa şi S-Curve in Natura

Durham, NC, Statele Unite ale Americii. De la tendinţele economice, creşterea populaţiei, răspândirea cancerului, sau adoptarea de noi tehnologii, anumite modele par să iasă în mod inevitabil.

 O noua tehnologie, de exemplu, începe cu acceptarea lentă, urmată de o creştere explozivă, numai la nivel oprit înainte de a lovi pe perete. Atunci când pe un grafic, acest model de creştere ia forma unui "S." 

În timp ce această S-curba a fost mult timp recunoscut de către economişti şi oameni de ştiinţă, un Universitatea Duke profesor consideră că o teorie a dezvoltat explică motivul pentru prevalenţa acest model special, şi, astfel, oferă o bază ştiinţifică pentru apariţia acestuia în întreaga natură şi în lume de om. 

Adrian Bejaneste un profesor de inginerie mecanica si inventator al teoriei constructală de optimizare la nivel mondial sub constrângerile la nivel local.favoare poză dela Universitatea Duke.

"Acest fenomen este atât de comun, care le-a generat întregul domenii de cercetare care par a fi independenţi - răspândirea populaţiilor biologice, reacţii chimice, contaminanţi, limbi, informaţii şi activitatea economică ", a declarat Adrian Bejan, profesor de inginerie la Duke Pratt School of Engineering. "Am arătat că acest model poate fi prezis în întregime ca un design curgere naturala."

 Conceptul de design flux, fie că este vorba de energie, râuri sau populaţiile umane, este punctul central al teoriei lui Bejan. Rezultatele acestei teorii a S-curba, efectuate cu colaborator Sylvie Lorente de la Toulouse Universitatea, au fost publicate în Jurnalul de Fizica Aplicata.

Teoria lui Bejan, cunoscut sub numele de legea constructală, se bazează pe principiul că sistemele de debit evolua proiectele lor a lungul timpului pentru a facilita accesul debit, reducerea şi distribuirea de frecare sau alte forme de rezistenţă. Bejan a dezvoltat principiul de acum 15 ani, şi a fost folosit pentru a descrie şi prezice o mare varietate de fenomene de om şi naturale. 

Analiza actuală vizualizari acest omniprezente S-curba (de asemenea cunoscut sub numele de funcţia sigmoid) ca un design natural al sisteme de debit. În exemplul de o tehnologie nouă, după o acceptare iniţială lent, creşterea poate fi imaginat se deplasează rapid prin intermediul stabilit, deşi înguste, canale în locul pe piaţă. Aceasta este abruptă a curbei ascendente "S."

 Deoarece aceasta tehnologie se maturizeaza, iar capacitatea sa de penetrare incetineste, orice creştere, sau debit, se mută afară din canalele de penetrare iniţială într-o manieră mai scurte şi mai lent. Bejan îi place să metafora utilizarea degetelor întinde pentru a reprezenta creşterea iniţială invazive, cu plasarea de o mănuşă peste cele degetele ca o reprezentare a laterale faza de consolidare. 

"E ca si cum nu există două vieţi - prima este lung si rapid, în timp ce a doua faza este scurt şi lent ", a spus Bejan. "Tendinţa începe cu o scurtă" invazie ", urmată de o" mai lent "consolidare Apoi, tendinţa de hit-un zid.." Acest model meciurile din teoria constructală, care foloseste un bazin hidrografic de mare ca o descriere vizuala a sistemelor de curgere, creştere rapidă şi de departe, cu ramuri mai mici în creştere lateral de la principalele canale.

 "Prevalenta a fenomenelor S-curba în care rivalii natura fluxurilor de copac in forma, care se unesc, de asemenea, taramurile animate, neînsufleţite şi umane", a spus Bejan.

 "Această teorie arată că aceasta nu este o coincidenţă - ambele sunt manifestări ale tendinţă constructală naturale a sistemelor de debit pentru a genera modele în evoluţie, care le permit să curgă, răspândirea şi colecta mai usor."







<

Teoria constructalăTeoria constructală de optimizare globale sub constrângerile la nivel local explică într-un mod simplu forme care apar în natură. Teoria permite o să proiecteze şi să analizeze sistemele de sub constrângeri într-o căutare de optimalitate. Cele două lumi ale materiei neînsufleţite şi anima sunt conectate printr-o teorie că sistemele de debit - de la locomoţie animală la formarea de deltele râurilor - evoluează în timp, pentru a echilibra şi pentru a minimiza imperfectiunile. Fluxurilor evolueze pentru a reduce frecarea sau alte forme de rezistenţă, astfel încât acestea să curgă mai uşor cu timpul. 

Afirma Teoria constructală că în natură generaţie de proiectare (de configurare, model, geometrie), este un fenomen din fizica care îi uneşte pe toate sistemele de insufletite si neinsufletite. Adrian Bejan a declarat că legea constructală conturi pentru acest fenomen în 1996.

 "Pentru o finite-size (flux) de sistem să persiste în timp (să trăiască), configuraţia sa trebuie să evolueze astfel încât să ofere acces mai uşor la curenţii impuse care curge prin aceasta ".

 Adrian Bejan a predat la MIT până în 1976 şi este acum JA Jones Distinsi profesor de inginerie mecanica la Universitatea Duke. El a inventat termenul de constructală din verbul latin construere (a construi). Dintr-un punct de vedere teoretic, constructală este de a construi - pentru a desemna formele natural optimizat. 

Exemplele includ râuri, copaci şi ramuri, plămânii şi formele inginerie, care provin dintr-un proces evolutiv care maximizează fluxul de acces in timp. Principiul de bază al teoriei constructală este ca fiecare sistem este destinat să rămână imperfecte. Ca o consecinţă, o perfecta forma este cel imperfect formă posibilă şi constituie cel mai bun rezultat disponibil. 

Realizarea acestui lucru înseamnă că imperfecţiunile sistemul trebuie să fie optim distribuite, în mod direct generatoare de geometrie (sau forma) a sistemului în studiu.constructală mod de distribuire imperfecţiunea sistemului este de a pune regim mai rezistiv la cea mai mică scară a sistemului. În limbajul comun, acest lucru înseamnă că aceste imperfecţiuni cel dispus să optimizare sunt cel mai probabil să fie plasate la o prioritate mai mică. Prezenţa unor astfel de imperfecţiuni rezistive sunt motivul pentru care cel imperfect formă posibilă este cel mai bun rezultat disponibil.

Referireaorigine legea constructală a curbei logistice S. A.. Bejan, S. Lorente Journal of Applied Physics 2011; 110 (024901).doi: 10.1063/1.3606555 

Abstract 

Curba S este unul dintre fenomenele cele mai comune în natură: răspândirea populaţiilor, tumori, contaminanţi, inovaţii, activitatea economică. Aici ne arată că acest fenomen poate fi prezis în întregime de către recunoaşterea în ea un flux. Flux nu este de difuzie singur, ci mai degraba este o combinaţie de copac in forma de "invazie" prin convecţie, urmat de "consolidare", prin difuziune perpendicular pe liniile invazive. Curba S nu este unic: Balanta sale depind de mărimea relativă a vitezei de linii invadatoare şi perpendicular diffusivity la liniile. Copac în formă de invazie se întinde pe teritoriul de difuzie cu mult mai rapid decât linie în formă de invazie. S-a prezis curba arhitectura flux uneşte modele de răspândire a fluxurilor de colectare şi de fluxuri (de exemplu, industria minieră, extracţia de combustibili fosili, Hubbert de vârf) în toate taramurile de natura: animate, neînsufleţite, şi de om.