Seminar Staf Prodi Fisika, FMIPA, ITB Bandung, 7 Oktober 2014 1

Fisika Berbasiskan Dinamika Molekular Butiran

Sparisoma Viridi*KK Fisika Nuklir dan BiofisikaInstitut Teknologi Bandung, Jalan Ganesha 10, Bandung 40132, Indonesia*dudung@fi.itb.ac.id

Seminar Staf Prodi Fisika, FMIPA, ITB Bandung, 7 Oktober 2014 2

Outline

• Media butiran• Beberapa gaya interaksi• Dinamika molekuler• Beberapa aplikasi

Media butiran

• Media butiran dapat berada dalam keadaan yang mirip dengan padatan, cairan, atau gas.

• Media ini juga memiliki kelakukan lain, di mana salah satunya adalah pembentukan klaster yang disebabkan oleh disipasi energi saat terjadinya tumbukan tak-elastik antar dua butiran.

Seminar Staf Prodi Fisika, FMIPA, ITB Bandung, 7 Oktober 2014 3

S. Viridi, M. Schmick, M. Markus, “Experimental observations of oscillations and segregation in a binary granular mixture”, Physical Review E 74 (4), 041301 (2006).

Beberapa gaya interaksi

• Gaya kontak repulsif pada i

dengan overlap

Seminar Staf Prodi Fisika, FMIPA, ITB Bandung, 7 Oktober 2014 4

ij

jijiij rrDD

2

1,0max

ji

jiijCij

rr

rrkC

J. Schäfer, S. Dippel, and D. E. Wolf, "Force schemes in simulation of granular materials", Journal de Physique 6 (1), 5-20 (1996).

Beberapa gaya interaksi (cont.)

• Gaya Coulomb pada i

Seminar Staf Prodi Fisika, FMIPA, ITB Bandung, 7 Oktober 2014 5

ji

ji

jiQij rr

rr

qqkQ

3

Beberapa gaya interaksi (cont.)

• Gaya pegas-lepas jarak pendek pada i

Seminar Staf Prodi Fisika, FMIPA, ITB Bandung, 7 Oktober 2014 6

.,0

,0,

ji

jijiSij rrL

LrrrrkS

Beberapa gaya interaksi (cont.)

• Gaya magnetik pada i

Seminar Staf Prodi Fisika, FMIPA, ITB Bandung, 7 Oktober 2014 7

BvqB iii

Dinamika molekuler

• Hukum II Newton

Seminar Staf Prodi Fisika, FMIPA, ITB Bandung, 7 Oktober 2014 8

ijijiji

ii QCBm

a ....1

Dinamika molekuler (cont.)

• Integrasi secara numerik

• Euler, Verlet, Leap-frog, Gear predictor-corrector, ..

Seminar Staf Prodi Fisika, FMIPA, ITB Bandung, 7 Oktober 2014 9

ttrtvtaftvttv iiiii ..,,,,

ttrtvtaftrttr iiiii ..,,,,

Beberapa aplikasi

• Gerak apung zig-zag• Perambatan temperatur gas• Kestabilan tumpukan pasir• Parametrisasi efek kacang Brazil• Partikel bermuatan dalam B• Penyumbatan pembuluh darah• Deposisi muatan• Eksperimen EKBSeminar Staf Prodi Fisika, FMIPA, ITB Bandung, 7 Oktober 2014 10

Gerak apung zig-zag

• Eksperimen + simulasi

Seminar Staf Prodi Fisika, FMIPA, ITB Bandung, 7 Oktober 2014 11

M. N. Tajuddin, Novitrian, E. Sustini, V. Suendo, and S. Viridi, "Damped zigzag upward ,otion of a ball in fluid: A numerical model", Indonesian Journal of Physics 20 (1), 13-16 (2009).

Perambatan temperatur gas

• Teori + simulasi

Seminar Staf Prodi Fisika, FMIPA, ITB Bandung, 7 Oktober 2014 12

S. Viridi, S. Satira, and F. P. Zen, "Temperature change between two Points in one-dimensional isolated system: Fourier differential partial equation and simulation of three granular particles", Prosiding Seminar Nasional Fisika 2010, 11-12 Mei 2010, Bandung, Indonesia, pp. 462-469.

Kestabilan tumpukan pasir

• Eksperimen + simulasi

Seminar Staf Prodi Fisika, FMIPA, ITB Bandung, 7 Oktober 2014 13

U. Fauzi, S. Viridi, and Q. Ghaisani, "Two dimension numerical modeling and laboratory experiment of slope change in granular piles due to water content", AIP Conference Proceeding 1325 (1), 124-127 (2010).

Kestabilan tumpukan pasir (cont.)

Seminar Staf Prodi Fisika, FMIPA, ITB Bandung, 7 Oktober 2014 14

Parametrisasi efek kacang Brazil

• Teori dan eksperimen

• EKB (Hong et al., 2001)

Seminar Staf Prodi Fisika, FMIPA, ITB Bandung, 7 Oktober 2014 15

D. Efendi dan S. Viridi, "Cara menentukan rasio diameter campuran biner material butiran yang berbentuk hampir bulat agar menenuhi prediksi teoretik syarat efek kacang Brasil", Jurnal Pengajaran Fisika Sekolah Menengah 2 (1), 1-4 (2010).

L

S

L

S

m

m

d

d

2

Parametrisasi efek .. Brazil (cont.)

• α = 0.4Seminar Staf Prodi Fisika, FMIPA, ITB Bandung, 7 Oktober 2014 16

Partikel bermuatan dalam B

• Simulasi• B tetap• Koreksi laju dengan menjaga

energi kinetik tetap

Seminar Staf Prodi Fisika, FMIPA, ITB Bandung, 7 Oktober 2014 17

D. Irawan, S. N. Khotimah, dan S. Viridi, "Pemodelan gerak elektron dalam pengaruh medan magnet konstan menggunakan metode Euler dengan korektor normalisasi laju", Prosiding Simposium Nasional Inovasi Pembelajaran dan Sains 2011 (SNIPS 2011), 22-23 Juni 2011, Bandung, Indonesia, pp. 425-428.

Partikel bermuatan dalam B

• Simulasi• B berubah

Seminar Staf Prodi Fisika, FMIPA, ITB Bandung, 7 Oktober 2014 18

D. Irawan, S. Viridi, S. N. Khotimah, F. D. E. Latief, and Novitrian, "Modeling and characterization of charged-particle's motion in an oscillating magnetic field", Prosiding of the 5th Asian Physics Symposium (APS 2012), 10-12 July 2012, Bandung, Indonesia, (in review).

Penyumbatan pembuluh darah

• Simulasi

Seminar Staf Prodi Fisika, FMIPA, ITB Bandung, 7 Oktober 2014 19

M. Rendi, Suprijadi, and S. Viridi, "Modeling Of Blood Vessel Constriction In 2-D Case Using Molecular Dynamics Method", Proceedings of the 4th International Conference on Mathematics and Natural Sciences (ICMNS 2012), Ed., 8-9 November 2012, Bandung, Indonesia, (in press); arXiv:1306.6045v1 [physics.bio-ph] 25 Jun 2013.

Deposisi muatan

• Simulasi

Seminar Staf Prodi Fisika, FMIPA, ITB Bandung, 7 Oktober 2014 20

E. Sustini, S. N. Khotimah, F. Iskandar, and S. Viridi, "Molecular dynamics simulation of smaller granular particles deposition on a larger one due to velocity sequence dependent electrical charge distribution", AIP Conference Proceedings 1415 (1), 209-213 (2011); arXiv:1107.1918v1 [cond-mat.soft] 11 Jul 2011.

Eksperimen EKB

Seminar Staf Prodi Fisika, FMIPA, ITB Bandung, 7 Oktober 2014 21

Seminar Staf Prodi Fisika, FMIPA, ITB Bandung, 7 Oktober 2014 22

Terima kasih