7.2.5 Tipuri de SRS

Am văzut în paragrafele anterioare că SRS este o zonă spaţială cu distribuţie neuniformă a densităţii de flux, zonă aflată la periferia unui SM. în figurile 7.2.3.1 şi 7.2.4.1 au fost prezentate nişte secţiuni transversale prin astfel de zone. Dacă vom considera pentru simplitate că suprafaţa  a mediului interior M_I din fig. 7.2.4.1 este sferică, atunci secţiunea din figură o putem considera o porţiune a unei secţiuni radiale prin SRS. în acest caz neuniformitatea distribuţiei densităţii de flux din volumul de tranziţie este radială (normalele n_I şi n_E fiind colineare cu raza domeniului intern). Pentru fiecare SRS există conform definiţiei 7.2.1.1 o anumită valoare p_k a transmitanţei acesteia, specifică unui anumit tip k de flux ce încearcă s-o traverseze. Valoarea numerică a acestei transmitanţe poate fi dependentă printr-o relaţie f_k, specifică fiecărui tip k de flux, de valoarea unui alt atribut (considerat independent). De exemplu, pentru un SM distribuit (SD) de tip S, format din atomi, care are o distribuţie[1] spaţială invariantă faţă de sistemul său de referinţă (tot spaţial) intern, relaţia:

                                                                                                                (7.2.5.1)

 

defineşte în coordonate polare (mai potrivite pentru cazul sferic) distribuţia acestei transmitanţe pentru un anumit tip de flux. Dacă avem de exemplu un influx exterior atomic sau molecular (un fascicul de atomi sau molecule), la care transmitanţa SRS a mediului S indicat mai sus este neglijabilă (o putem considera nulă), în cazul unei SRS sferice,  pentru orice valoare  (unde r_I este raza suprafeţei ) şi  pentru orice  (r_E fiind raza suprafeţei teoretice  din fig. 7.2.4.1). în cazul unui influx de neutroni însă, distribuţia este mult mai complicată; pentru scopul acestui paragraf, din fericire ne interesează nu relaţiile exacte de distribuţie ale p_k ci doar faptul că aceste distribuţii există, şi în acest caz care este mărimea independentă (suportul distribuţiei). Tot în cazul mediului sferic de tip S (o bilă de rulment de exemplu), valoarea transmitanţei SRS pentru fluxuri atomice sau moleculare este nulă pentru orice domeniu (chiar elementar) al suprafeţei; spunem în acest caz că distribuţia spaţială superficială a p_k este uniformă. Dacă există zone pe SRS cu permeabilitate diferită la acelaşi tip de flux, vom avea o distribuţie superficială (a permeabilităţii) neuniformă.

 

Comentariul 7.2.5.1: La acelaşi tip de flux molecular (de aer de exemplu) bila de care vorbeam are o transmitanţă nulă distribuită uniform pe toată aria SRS, în timp ce un biosistem care respiră (un om de exemplu) are zone specializate din SRS (orificiul bucal este una din ele) a căror permeabilitate la acest tip de flux este controlată din interior şi care poate fi unu (în timpul respiraţiei pe gură) sau nulă (la închiderea voluntară a gurii). Distribuţia superficială neuniformă a transmitanţei pe SRS este specifică (aşa cum vom vedea în capitolul următor) SM controlate din interior de către un sistem de prelucrare a informaţiei.

 

Până aici am discutat succint despre distribuţia spaţială a transmitanţei SRS a unui mediu de tip S, distribuţie care pentru un astfel de mediu este invariantă. Dacă valoarea p_k (din relaţia 7.2.5.1) pentru fluxul de tip k la o anumită poziţie spaţială rămâne invariantă, adică nu există procese sesizabile de modificare a acesteia, spunem că pentru acest tip de flux, permeabilitatea SRS este independentă de timp, sau că ea este permanentă (distribuţie temporală uniformă).

 

Comentariul 7.2.5.2: Suprafeţele de separaţie ale mediilor S (în care categorie se încadrează cum am mai spus solidele dar şi biosistemele sau sistemele artificiale), au caracter de permanenţă a transmitanţei dacă intensitatea fluxului incident nu depăşeşte pragul de disociere a elementelor mediului sau de schimbare a tipului de mediu (transformare de fază). La biosisteme, forma SRS externe (membrana plasmatică la celule sau epiderma la organismele evoluate) este în general variabilă (biosistemele fiind SM cotrolat deformabile) dar acest fapt nu afectează valoarea transmitanţei SRS care rămâne permanent nulă pentru toate fluxurile nedorite de biosistem[2] şi variabilă (nepermanentă) pentru fluxurile dorite, dar numai pe porţiunile ce fac parte din zonele specializate de transfer.

 

Mult mai complicate, dar şi mai interesante, sunt problemele SRS cu transmitanţă nepermanentă (cu distribuţie temporală neuniformă), adică acele SRS la care acest atribut este variabil în timp. Să luăm cazul unui corp sferic (de exemplu), solid, cu diametrul d, care are o mişcare de revoluţie circulară, într-un plan normal pe axa de revoluţie xy aflată la distanţa r de centrul corpului (vezi fig. 7.2.5.1), supus incidenţei unui flux coerent F cu direcţia paralelă cu axa xy şi cu distribuţie spaţială uniformă. în urma mişcării de revoluţie, corpul generează un volum toroidal cu aria de intercepţie a fluxului (într-un plan normal pe xy).

Fig. 7.2.5.1

Dacă presupunem că SRS a corpului rotitor este impermeabilă la fluxul F, în urma mişcării de revoluţie a acestuia, fluxul ce traversează planul orbital va fi diferit de cel incident pe acest plan (mai redus). Mişcarea corpului solid pe traiectoria circulară înseamnă un flux distribuit într-un volum toroidal, flux de arie efectivă constantă, şi care există numai în limitele suprafeţei torului. Dar acest fapt înseamnă că există flux în interiorul suprafeţei toroidale şi nu există în exteriorul ei, aşadar avem o distribuţie spaţială neuniformă a densităţii de flux pe această suprafaţă, ceea ce înseamnă conform definiţiei 7.2.2.1 că respectiva suprafaţă este o SRS, dar una cu transmitanţă nepermanentă. Să luăm în consideraţie cazul  (pentru a reduce la zero golul din centrul torului) şi o perioadă de revoluţie  (fiind viteza unghiulară a revoluţiei corpului în jurul axei xy).

în acest caz, pentru un flux F cu secţiunea efectivă egală cu cea transversală a torului ( pe direcţia fluxului), cu cât viteza de transfer v a fluxului este mai mică, la aceeaşi viteză unghiulară, fluxul incident va fi împrăştiat (reflectat) de corpul rotitor într-o măsură mai mare, cu alte cuvinte transmitanţa SRS toroidale în direcţia y va fi dependentă atât de viteza de transfer a fluxului cât şi de viteza de revoluţie a corpului rotitor. Dacă viteza de transfer a fluxului creşte, atunci permeabilitatea SRS toroidale va creşte proporţional cu viteza, dar va rămâne permanent subunitară (împrăştierea fluxului persistă). Iată aşadar un caz de SRS a cărei permeabilitate la un anumit tip de flux este dependentă de viteza de transfer a fluxului[3]şi de viteza de rotaţie a corpului generator (distribuţia temporală a SRS).

 

Comentariul 7.2.5.3: Faptul că o distribuţie neuniformă a unui flux generează o SRS devine evident pentru ochiul uman dacă fluxul incident F din fig. 7.2.5.1 este un flux de fotoni din domeniul vizibil. în acest caz ochiul receptează o parte a fluxului fotonic împrăştiat, şi dacă perioada de rotaţie a corpului este mai mică decât inerţia ochiului (cca 0,1 s), vom vedea o suprafaţă toroidală difuză şi nu corpul sferic, ca şi cum la poziţia respectivă ar exista un obiect toroidal.

 

Un caz interesant pentru o astfel de SRS "de revoluţie" (nepermanentă) este acela în care fluxul F este tot paralel cu axa xy (pentru simplitate), dar este corpuscular, are aria efectivă egală sau mai mică decât secţiunea transversală a corpului sferic rotitor şi este periodic în timp (pulsatoriu). în acest caz, apare o dependenţă a permeabilităţii SRS toroidale nu numai de viteza de transfer ci şi de frecvenţa şi faza fluxului periodic; în ipoteza că frecvenţa de revoluţie şi frecvenţa fluxului sunt egale, dacă momentul incidenţei fluxului coincide cu momentul prezenţei corpului, transmitanţa este nulă, creşte pe măsură ce defazajul atinge limitele obiectului circular, şi este unitară în restul perioadei. Iată că pentru SRS de revoluţie (sau oscilante) există posibilitatea ca în anumite condiţii[4] transmitanţa lor să fie egală cu unu (deoarece pentru domeniul temporal respectiv, SRS într-adevăr nu există). Nu vi se pare că acest fapt seamănă cu efectul tunel ?.

Aceste tipuri de SRS a căror permeabilitate are atât o distribuţie spaţială cât şi una temporală fac parte din clasa SRS cu distribuţie spaţio-temporală. în interiorul acestei clase se disting alte două subclase:

1)   SRS cu distribuţie spaţio-temporală deterministă (coerentă), din care categorie face parte şi exemplul descris mai sus, al corpului rotitor cu parametrii orbitali determinaţi şi invarianţi (dimensiunea corpului, poziţia spaţială a axei de rotaţie, a planului şi razei orbitale, a frecvenţei orbitale etc.). Acest tip de SRS are permeabilitatea dependentă atât de viteza de transfer a fluxurilor incidente cât şi de distribuţia frecvenţială a acestor fluxuri (în cazul fluxurilor periodice);

2)   SRS cu distribuţie spaţio-temporală stocastică, la care permeabilitatea suprafeţei are o valoare aleatoare atât spaţial cât şi temporal, existând doar nişte valori medii statistice ale transmitanţei acesteia. Acest tip de suprafaţă apare când interacţionează între ele (se intersectează) fluxuri ale căror obiecte materiale purtătoare sunt dispersate spaţio-temporal, şi ca atare, suprafeţele de separaţie ale acestora nu sunt adiacente sau conjuncte (obiectele în mişcare nu formează un obiect compact). SRS stocastică este acea zonă spaţială ce conţine în interior toate punctele de impact (interacţiune) ale obiectelor apartenente fluxurilor opuse. O proprietate generală a SRS stocastice este aceea că permeabilitatea acestora nu poate fi niciodată nulă, datorită faptului că obiectele fluxurilor sunt dispersate (există spaţii cu permeabilitate unitară între elemente),.

 

Comentariul 7.2.5.4: în par. 7.1.1 când am vorbit de SRS statală şi de sistemul său de apărare, era vorba tocmai de un asemenea tip de SRS, pentru că la o agresiune externă (un influx exterior neautorizat ce încearcă să penetreze respectiva SRS) sistemul de apărare răspunde tot cu un flux, dar de sens contrar, flux care prin compunere (interacţiune între obiectele fluxurilor) trebuie să oprească (în primă fază) fluxul agresor şi mai apoi să-l respingă (echvalentul reflexiei) spre exterior. Dacă luăm de exemplu o agresiune aeriană de pe vremea celui de-al doilea război mondial, influxul exterior era format dintr-o escadrilă de avioane de bombardament, iar influxul interior dintr-o mulţime de fascicule de proiectile trase de artileria antiaeriană sau de avioane de vânătoare. Impactul dintre elementele celor două fluxuri opuse avea un caracter parţial determinist (sistemele de ochire şi ghidare a proiectilelor) dar şi o mare pondere de aleatoriu (fie din cauza condiţiilor meteo, fie din cauze tehnice sau de deprindere ale servanţilor). în final, întregul proces de interacţiune al celor două fluxuri avea loc pe o SRS cu distribuţie stocastică, cu grosime de câţiva km (zona de desfăşurare a luptei aeriene), în interiorul acesteia existând suprafaţa de echilibru (despre care vom discuta ulterior) ce se putea deplasa funcţie de resursele de flux ale celor două părţi, fie spre exterior (respingerea agresiunii), fie spre interior (reuşita agresiunii).

 

SRS stocastice sunt frecvent întâlnite în interiorul SD (mai evident la cele de tip G), unde fiecare element al mediului se află "în competiţie" cu vecinii din imediata sa apropiere pentru partajarea unei resurse indispensabile - spaţiul - mai precis spaţiul său vital în care este închis fluxul cinetic extern al elementului (spaţiul necesar mişcării de ansamblu a elementului, mişcare conformă cu porţia de energie a acestuia din stocul energetic total al mediului din care face parte). Acest volum pe care îl calculăm statistic raportând volumul mediului la numărul de elemente, este un volum abstract (o valoare medie, de calcul); în realitate, elementele posesoare temporar de energie mai mare (cele aflate pe curba Maxwell a distribuţiei vitezelor spre viteze mari) vor avea un spaţiu disponibil corespunzător mai mare (echivalentul unui palat din lumea oamenilor (#)), în timp ce elementele cu resurse energetice mai mici decât media vor trebui să se mulţumească cu un spaţiu mult mai mic. Important pentru discuţia noastră este faptul că pe această SRS stocastică ce limitează în medie volumul specific pe element, la un mediu aflat în stare de echilibru, suma trafluxurilor externe cinetice ale elementelor vecine trebuie să fie egală cu trafluxul (tot cinetic) al elementului din interior, adică în interiorul acestei SRS stocastice elementare să existe suprafaţa de echilibru a celor două fluxuri opuse, şi această suprafaţă să fie invariantă (evident tot în medie).

Clasificările SRS menţionate până aici au fost făcute după criteriul tipului de distribuţie al transmitanţei acesteia. Mai putem clasifica SRS după nivelul de organizare al SM ce o compun, mai exact spus, după nivelul de organizare (pe scara abiotică) al obiectelor aflate în mişcare şi care astfel vor genera neuniformitatea distribuţiei mişcării necesare apariţiei unei SRS.

Dacă pornim de la nivel PE, este evident că sistemele materiale din acestă clasă au o SRS externă (care intervine de exemplu în cazul ciocnirilor interparticulă). Prin acestă SRS au loc procesele de transfer ale fluxurilor ce constituie câmpurile electric, magnetic, nuclear sau gravitaţional (spre şi dinspre PE), dar şi fluxurile cinetice ale PE vecine sau ale fotonilor ce intersectează această suprafaţă. în momentul formării unui sistem biparticulă, sistem alcătuit din două PE cu sarcini opuse, mişcările celor două elemente ale sistemului vor constitui două fluxuri închise în volumul ocupat de sistem (de exemplu volumul unui atom de hidrogen). Aceste fluxuri închise vor genera două SRS cu distribuţii spaţio-temporale în genul descris mai sus, SRS cu distribuţii deterministe (periodice), disjuncte sau conjuncte spaţial, una interioară (generată de mişcarea protonului) şi una exterioară (generată de mişcarea electronului periferic). Am văzut mai sus că în cazul SRS cu distribuţii spaţio-temporale, pentru a putea exista un transfer de fluxuri între elemente, cele două distribuţii trebuie să fie intercorelate, ba mai mult, să existe o intercorelaţie la nivel de fază a frecvenţei fluxurilor. Cu alte cuvinte, SM formate din PE trebuie să aibă o coerenţă internă a frecvenţei fluxurilor la nivel de fază (şi vom vedea mai încolo că această coerenţă trebuie să fie sinfazică sau cum se mai spune, cu reacţie pozitivă). Nu intrăm în detalii privind structura atomică ci ne limităm doar la constatarea că reuniunea suprafeţelor reale de separaţie generate de mişcările protonice şi neutronice vor duce la formarea SRS nucleare, iar reuniunea SRS generate de mişcarea electronilor periferici va forma SRS externă electronică, organizată la rândul ei în pături cu distribuţii spaţio-temporale specifice ale orbitalilor electronici individuali. Aceste SRS electronice, devenite conjuncte spaţial în urma ansamblării atomilor (prin legături chimice), vor forma SRS moleculare, şi mai departe SRS ale MN (permanente pentru lichide sau solide, stocastice pentru gaze).

Comentariul 7.2.5.5: Suprafeţele reale de separaţie ale SM sunt foarte diferite, mai ales în funcţie de nivelul de organizare al sistemului material ce le posedă, dar absolut toate se încadrează în modelul matematic descris anterior. De exemplu, atmosfera unei planete cu distribuţia sa radial-neuniformă (cu densitate variind exponenţial cu raza) formează o SRS cu atribute diferite în funcţie de secţiunea efectivă a fluxurilor incidente; pentru fluxuri corpusculare cu ordinul de mărime al ariei efective comparabil sau mai mic decât secţiunea transversală a moleculelor de gaz (de exemplu PE de mare energie sau fotoni), atmosfera se va comporta ca o SRS stocastică, în timp ce pentru fluxuri izotome compacte cu secţiuni mari (de exemplu meteoriţi sau nuclee cometare) aceeaşi atmosferă va constitui o SRS cu distribuţie permanentă (şi cvasiuniformă superficial) a transmitanţei. în cazul acestor ultime fluxuri, în funcţie de intensitatea acestora, de unghiul de incidenţă şi de aria efectivă, vom putea avea o transmisie (lovirea scoarţei terestre) sau o reflexie (devierea spre spaţiul cosmic) a respectivului flux[5]. Tot o SRS poate fi considerată limita exterioară a magnetosferei terestre, care prin distribuţia sa neuniformă a fluxului magnetic (stocat în interiorul acestei magnetosfere) este capabilă să devieze fluxul coerent al vântului solar (format din atomi ionizaţi şi PE) ce intersectează această magnetosferă, şi astfel să protejeze biosfera terestră de efectele nocive ale acestor radiaţii ionizante.