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Ecos da História: Por que o passado de um sistema afeta seu futuro?
Nos campos da ciência complexa e da engenharia, ouvimos frequentemente o conceito de “dependência histórica”, especialmente em ciências como física, química e biologia. A "histerese" é um exemplo específico desta ideia, que descreve a dependência do estado atual de um sistema em relação às suas experiências passadas. Este fenómeno lembra-nos, tanto nas ciências dos materiais como nas ciências sociais, como as ações passadas moldaram as realidades de hoje e podem influenciar as direções futuras.
A histerese é observada em uma variedade de fenômenos, como em materiais magnéticos e elétricos, onde a função de memória do sistema é devida às suas propriedades de histerese.
Princípios básicos da histerese
Na histerese, o comportamento do sistema depende não apenas das variáveis de entrada atuais, mas também dos seus estados passados. Tomando como exemplo os materiais magnéticos, quando um campo magnético externo é aplicado, a estrutura atômica do material será organizada de acordo, formando um efeito de magnetização. Mesmo após a remoção do campo magnético, o material ainda retém uma parte do estado magnetizado. Este fenômeno explica como os dados nos discos rígidos são armazenados e recuperados.
James Clerk Maxwell conduziu pesquisas iniciais sobre histerese em sistemas mecânicos, o que abriu caminho para cientistas subsequentes.
Tipos de histerese
Histerese independente da taxa dependente da taxa
A histerese pode ser dividida em formas dependentes e independentes da taxa. A histerese dependente da taxa geralmente cria uma diferença de fase entre a entrada e a saída; por exemplo, uma entrada de onda senoidal pura pode resultar em um sinal de saída com atraso de fase; Neste caso, o comportamento da histerese muda com a frequência aplicada.
A histerese independente da taxa, por outro lado, significa que uma vez criado o histórico do sistema, o estado persistirá mesmo durante longos períodos de tempo. Por exemplo, durante o processo de deformação de certos materiais, o histórico de deformação anterior afetará as reações futuras, o que também confere a alguns sistemas uma função de memória emaranhada.
Aplicativos atrasados
No campo da engenharia, o conceito de histerese é amplamente utilizado. Por exemplo, em sistemas de controle podemos configurar termostatos para evitar operações de comutação frequentes. Além disso, uma quantidade adequada de histerese é frequentemente adicionada aos circuitos eletrônicos para evitar interferência de ruído e garantir que o sinal esteja em um estado estável. Estas tecnologias não só melhoram a estabilidade do sistema, mas também melhoram a fiabilidade operacional.
O uso da histerese é igualmente importante no projeto de microcontroladores e suas interfaces de usuário, pois evita operações incorretas e torna a interação do usuário mais suave.
A base científica da histerese
Do ponto de vista matemático, a histerese frequentemente envolve a modelagem de sistemas não lineares e muitas vezes traz desafios computacionais. Vários modelos, como o modelo de Prysac e o modelo de Booker-Wein, não visam apenas capturar as características gerais dos fenómenos histeréticos, mas também fornecer modelos fenomenológicos de fenómenos específicos. Esses modelos têm aplicações não apenas na física, mas também na economia e em outras ciências sociais.
A história e o futuro da histerese
A pesquisa científica sobre fenômenos de histerese começou desde o século XIX. Naquele ano, o cientista britânico Sir James Alfred Ewing aplicou pela primeira vez o termo "histerese" para descrever o comportamento de materiais magnéticos. Com o aprofundamento da pesquisa, a compreensão do fenômeno da histerese por muitos cientistas aprofundou-se gradualmente e expandiu-se para várias disciplinas, formando um rico sistema teórico.
Hoje, à medida que a tecnologia avança, a histerese ainda desempenha um papel importante em novos materiais, sistemas inteligentes e tecnologias de automação. Significa isto que o futuro progresso científico e tecnológico não só superará o desafio da histerese, mas também obterá dela mais inovação?
