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USM, 11/2008
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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)
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Como caminamos y corremos
Porque correr y no “caminar rápido”Porque correr y no caminar rápido
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El caminar y correr
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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.
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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]
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de la Universidad Austral de Chile
Sistema motriz
Funcionamiento del sistema hueso‐musculoFuncionamiento del sistema hueso‐musculo
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Acción del musculo
Como los músculos solo pueden “tensar” deben de trabajar en duplas:
Musculo paraMusculo para“abrir”
Musculo para“ ”“cerrar”
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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]
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Ecuación de “elasticidad del musculo”
Peso del cuerpo
Torque originado por el peso
Torque originado por el musculo
Igualando los torques
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Ecuación de “elasticidad del musculo”
No solo aplica a el cuerpo humano, también a todo animal e incluso vegetal
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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.
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Como vuela un ave
Como vuela un ave
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Fuerzas al volar
Resistencia por ángulo de ataque:
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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
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Descripción del movimiento
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Descripción del movimiento
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Descripción del movimiento
M t t iMayor sustentacionpara ave que sigue
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Descripción del movimiento
Al volar en la posición lateral de la estela turbulenta el pajar ahorra como el 40% de s ener íade su energía.
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Como nada un pez
Como nada un pez
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Forma del Pez
0.25
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Como nada un pez
Propulsión
Fuerza generada
Contracción de músculos
Dilatación de músculos
Contracción de músculos
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Descripción del movimiento
Calle de Karman tradicional = resistencia por succión
Necesidad de explicar “intuitivamente”
Calle de Karman invertida = propulsión
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Descripción del movimiento
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
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Descripción del movimiento
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.
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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”
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Economía
EconomíaEconomía(Distribución de bienestar)
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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):
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Economía
Representación grafica Algunos ejemplos
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Sociología
SociologíaSociología(Toma de decisiones)
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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
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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
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Infraestructura
Tiempo de acceso
Sociología
Tren
Autopista
Distribución Barreras
Rio
LocomociónDistribución Barreras Locomoción
SegmentoCompra por cercaníaCompra por preferencia
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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!”
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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” … ???
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yo se o que es co ecto, o se puede co t asta
Aplicaciones tecnológicas
Aplicaciones tecnológicas
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Problemas simples
Problemas simples
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Aplicaciones tecnológicas
High tech???
Diamantesd ó d bCondición de trabajo:
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Si no se cumple:‐ Corona rueda y “vibra como loca”
Ingenieria Inversa
Ingenieria Inversa
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Ingenieria Inversa
El invento
Supuestamente mejorael desempeño y permitep y pIncluso usar material de bajo octanaje.
¿¿¿Como???
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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
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Posición
Ingenieria Inversa
Solución: uso de jets, no comprar patente, registrar la propia
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Actividades actuales
Actividades actuales
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Modelamiento
Creando piel artificial (grupo Dr. Miguel Concha)
Polimerización de la matrizViscosidad modelada vía Green‐Kubo
Hundimiento de las célulasmodelado vía Empuje
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modelado vía Empuje+ Stokes
Métodos Numéricos
Proyecto en fase de definición
300 PCsen reden red
Con Jefe Radioterapiad ó dDr. Andres Córdova
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Análisis de Señales
AnalizandoInfo de radiaciónúltimos 10 anosúltimos 10 anosen Valdivia(Ch. Loevengreen)
Objetivo largo plazoParticipar en simulaciones cambio climáticoParticipar en simulaciones cambio climático
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Otro frente con el CECS (mediano plazo)Análisis numérico de Lagrangianos
Análisis de Señales
Retirando nuestro “filtro azul”
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Contacto
Dr. Willy H. Gerberwgerber@gphysics.net
Instituto de FisicaInstituto de FisicaUniversidad Austral de ChileCampus Isla TejaCasilla 567, Valdivia, Chile
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