Dinâmica molecular
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Dinâmica molecular (DM) é um método de simulação computacional que estuda o movimento físico dos átomos e moléculas das quais se conhecem o potencial de interação entre estas partículas e as equações que regem o seu movimento.[1] Este método considera as partículas como sendo corpos macroscópicos que são afetados por forças como a da gravidade (ver Problema dos N-Corpos). Nestas simulações é permitido aos átomos e moléculas interagir por um período fixo de tempo, permitindo observar a evolução dinâmica do sistema. Nas versões mais comuns as trajetórias são determinadas pela resolução numérica das equações de movimento de Newton, enquanto que as forças entre as partículas e as suas energias potenciais são calculadas utilizando potenciais interatômicos ou campos de força criados através de métodos de mecânica molecular. O método foi originalmente desenvolvido na área da física teórica no final da década de 1950 mas atualmente é aplicada sobretudo a áreas como a química-física, ciência dos materiais e à modelação de biomoléculas.[2][3][4]
Como os sistemas moleculares tipicamente consistem num vasto número de partículas, é impossível determinar analiticamente as propriedades de sistemas complexos. As simulações de DM contornam este problema pelo recurso a métodos numéricos. No entanto, simulações longas de DM tornam-se mal-acondicionadas, gerando erro cumulativo de integração numérica que podem ser minimizados pela escolha de parâmetros e algoritmos apropriados, mas estes erros não podem ser completamente eliminados.
Para sistemas que obedecem à hipótese da ergodicidade, a evolução de uma única simulação de dinâmica molecular pode ser utilizada para determinar propriedades termodinâmicas macroscópicas do sistema: os intervalos de tempo médio correspondem às médias do conjunto microcanônico. A DM também é apelidada de "mecânica estatística numérica" e "Visão de Laplace da mecânica Newtoniana" para a previsão do futuro por animação das forças da natureza.[5][6] permitindo a visualização do movimento molecular à escala atômica.
É tentador, embora não inteiramente preciso, descrever a técnica como um "microscópio virtual" com alta resolução temporal e espacial, mas com vantagem de ver fenômenos físicos em escalas muito mais rápidas do que o olho humano pode perceber, como femtossegundos, ou mesmo muito menor do que microscópios podem ver, na escala de angstrom; formação de "pescoço" em nanofios, ou mesmo movimento de receptores em células dos seres vivos ocorrem em femtosegundos. Para compreender os fenômenos físicos da DM é possível utilizar as ferramentas de realidade virtual (RV) e sonificação, as quais oferecem a possibilidade de vivenciar a escala nano, e criar uma intuição sobre os processos dinâmicos nessa escala, usualmente bastante distinta da que vivemos cotidianamente.