Física Aplicada · 2014. 5. 20. · Física Aplicada ejemplos de Modelamiento en otras Ciencias...

Física Aplicadapejemplos de Modelamiento en otras Ciencias

Dr. Willy H. Gerber

Instituto de Física, Universidad Austral de Chile, ValdiviaPrograma de Física Médica, Universidad de la Frontera, Temuco

www.gphysics.net – Fisica Aplicada‐Version 11.08

Física en la Zoología

Física en la ZoologíaFísica en la Zoología(y en el deporte)


Como caminamos y corremos

Porque correr y no “caminar rápido”Porque correr y no caminar rápido


El caminar y correr


El caminar y correr

Caso Peso mantiene pies en la tierra; modo caminar

Caso Peso no puede mantiene pies en la tierra;modo correr

Para el ser humano la velocidad critica es de aprox. 3.2 m/s o 11.4 km/hrs.


El caminar y correr

Aceleración centrifuga, ecuación y medición

ngulo [grad]

A

grad]

Velocidad [m/s]centrifugal [g

Aceleración

Datos medidos por alumnosde la Universidad Austral de Chile

Velocidad [m/s]


de la Universidad Austral de Chile

Sistema motriz

Funcionamiento del sistema hueso‐musculoFuncionamiento del sistema hueso‐musculo


Acción del musculo

Como los músculos solo pueden “tensar” deben de trabajar en duplas:

Musculo paraMusculo para“abrir”

Musculo para“ ”“cerrar”


Acción del musculo

largo del hueso [cm] Fuerza (ej peso) [N]largo del hueso [cm]radio del hueso [cm]sección del musculo [cm2]

Fuerza (ej. peso) [N]ángulo [rad]desviación [cm]


Ecuación de “elasticidad del musculo”

Peso del cuerpo

Torque originado por el peso

Torque originado por el musculo

Igualando los torques


Ecuación de “elasticidad del musculo”

No solo aplica a el cuerpo humano, también a todo animal e incluso vegetal


Un Hoax que no tomo el curso

Foto es

Algunos nos quieren engañar pero no estudian la mecánica del cuerpo …

y no

por lo que los huesospor lo que los huesosserian demasiado

pesados.


Como vuela un ave

Como vuela un ave


Fuerzas al volar

Resistencia por ángulo de ataque:


Volar

Potencia necesaria

Potencia máxima

Resistencia aerodinámica

Resistencia alto ángulo de

Velocidad de … aterrizaje migración fugawww.gphysics.net – Fisica Aplicada‐Version 11.08

ataque

Aterrizaje y Despegue


Descripción del movimiento



M t t iMayor sustentacionpara ave que sigue



Al volar en la posición lateral de la estela turbulenta el pajar ahorra como el 40% de s ener íade su energía.


Como nada un pez

Como nada un pez


Forma del Pez

0.25


Como nada un pez

Propulsión

Fuerza generada

Contracción de músculos

Dilatación de músculos

Contracción de músculos



Calle de Karman tradicional = resistencia por succión

Necesidad de explicar “intuitivamente”

Calle de Karman invertida = propulsión



Numero de Strouhal

E introducir “indicadores fáciles de manejar”

u e o de St ou a

Velocidad

Velocidad

Numero de Strouhal (0.25…0.35)Frecuencia de la cola [Hz=1/s]A lit d d l il ió [ ]

Distancia entre vortex:

Amplitud de la oscilación [m]Velocidad [m/s]

Ejemplo: Amplitud 10 cm St 0 3 Frecuencia 2 5 Hz > v 0 833 m/s l 16 67 cmEjemplo: Amplitud 10 cm, St=0.3, Frecuencia 2.5 Hz ‐> v=0.833 m/s, l=16.67 cmFrecuencia 0.5 Hz ‐> v=0.167 m/s, l=3.34 cm



Concluyendo sobre su comportamiento ….

El pez que nada mas atrásEl pez que nada mas atrásPuede aprovechar parte de la energía generada por el pez que lo antecede.N d í 2 6Nadan así 2‐6 veces mas largo que un pez individual.


E hidrodinámica

l d fl d len

a [Pa]

ΔpR

Y otros ejemplos de fluidos laminares:

Δp

sión

en la ve

Δpr

Δ

Largo de la vena [m]

Pres ΔpR’

www.gphysics.net – Fisica Aplicada‐Version 11.08Desarrollo del hueso Dolor en dientes

Economía y Sociología

Usando la física en “analogía”


Economía

EconomíaEconomía(Distribución de bienestar)


Economía

Contando estados posibles de un “sistema” de “personas” con un “bienestar” (wellbeing) total a distribuir de

Probabilidad de que una “persona” tenga un nivel de “bienestar” es (caso “sin interacción”)

Descripción mediante la curva de Lorenz (Bienestar total de una fracción de laDescripción mediante la curva de Lorenz (Bienestar total de una fracción de la población):


Economía

Representación grafica Algunos ejemplos


Sociología

SociologíaSociología(Toma de decisiones)


Sociología

Modelos tipo spin para la opinión publica (preferencias en productos, políticos, etc.)

Influencia del medio Interacción entre miembros

Vector de opinión de persona i


Sociología

Se puede modelar con Ising, o mas general Potts, sin embargo en la aplicación fit numérico de A’s y B’s en base a encuestas

y estimación de probabilidades de un evento como “selección de producto” (componente especial del vector opinión s)

Atención

Calidad de ProductosEjemploOpinionesVenta

Conveniencia de Precios

Agrado

Conveniencia de Promociones

VentaSupermercado

Variedad de Productos

Rapidez de Cajas

Conveniencia de Promociones


Infraestructura

Tiempo de acceso

Sociología

Tren

Autopista

Distribución Barreras

Rio

LocomociónDistribución Barreras Locomoción

SegmentoCompra por cercaníaCompra por preferencia


Sociología

También para campanas políticas

ReclamePresentaciones

El colegaLos del club Efectos de “magnetización”Presentaciones

EntrevistasDebatesNoticias

Los del clubLa familiaLos amigos

Efectos de “magnetización”espontanea

Crearconvencidos

Curiosidades: datos indican “no hable mal de Lagos, sea su sucesor!”


No hizo caso Lo trato pero …

Economía y Sociología

Otros frentes:

Cesantía como condensación?

Compras de productos caros (OR – Products) : distribución de Fermiones?(Marketing: distribución “logística”)

Compras de productos baratos (AND‐ Products): distribución de Bosones?

Problemas de fondo

“ í l ” díPrejuicios: “personas no son partículas” … capaz estadísticamente si“paradoja de Gibbs????” … todos somos reemplazables“las personas no son predecibles” … la masa si“yo se lo que es correcto, no se puede contrastar” … ???


yo se o que es co ecto, o se puede co t asta

Aplicaciones tecnológicas



Problemas simples

Problemas simples



High tech???

Diamantesd ó d bCondición de trabajo:


Si no se cumple:‐ Corona rueda y “vibra como loca”

Ingenieria Inversa

Ingenieria Inversa


Ingenieria Inversa

El invento

Supuestamente mejorael desempeño y permitep y pIncluso usar material de bajo octanaje.

¿¿¿Como???


Ingenieria Inversa

Mezcla quemada

Discontinuidad en‐ Características del gas‐ Variables que describen el sistema

Mezcla quemadaMezcla

sin quemarMecanismos para modelarDifusión del material

10‐5 m

‐ Difusión del material‐ Cambio de potencial químico

C i b j l id d

Temperatura

Mezcla quemadaMezcla

10 mConsecuencia, baja velocidad

Única alternativa “mover” elTemperatura Única alternativa, mover el frente de llama


Posición

Ingenieria Inversa

Solución: uso de jets, no comprar patente, registrar la propia


Actividades actuales

Actividades actuales


Modelamiento

Creando piel artificial (grupo Dr. Miguel Concha)

Polimerización de la matrizViscosidad modelada vía Green‐Kubo

Hundimiento de las célulasmodelado vía Empuje


modelado vía Empuje+ Stokes

Métodos Numéricos

Proyecto en fase de definición

300 PCsen reden red

Con Jefe Radioterapiad ó dDr. Andres Córdova


Análisis de Señales

AnalizandoInfo de radiaciónúltimos 10 anosúltimos 10 anosen Valdivia(Ch. Loevengreen)

Objetivo largo plazoParticipar en simulaciones cambio climáticoParticipar en simulaciones cambio climático


Otro frente con el CECS (mediano plazo)Análisis numérico de Lagrangianos

Análisis de Señales

Retirando nuestro “filtro azul”


Contacto

Dr. Willy H. [email protected]

Instituto de FisicaInstituto de FisicaUniversidad Austral de ChileCampus Isla TejaCasilla 567, Valdivia, Chile


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