Física Aplicada ejemplos de Modelamiento en otras Ciencias

Física Aplicadaejemplos 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 Zoología(y en el deporte)


Como caminamos y corremos

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

Velocidad [m/s]

Angu

lo [g

rad]

Velocidad [m/s]

Acel

erac

ión

cent

rifug

al [g

rad]

Aceleración centrifuga, ecuación y medición


Datos medidos por alumnosde la Universidad Austral de Chile

Sistema motriz

Funcionamiento del sistema hueso-musculo


Acción del musculo

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

Musculo para“abrir”

Musculo para“cerrar”


Acción del musculo

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

y no

por lo que los huesosserian demasiado

pesados.

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


Como vuela un ave

Como vuela un ave


Fuerzas al volar


Resistencia por ángulo de ataque:

Potencia necesaria

Resistencia aerodinámica

Potencia máxima

Velocidad de … aterrizaje migración fuga

Volar


Resistencia alto ángulo deataque

Aterrizaje y Despegue


Descripción del movimiento






Mayor sustentacionpara ave que sigue


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


Como nada un pez

Como nada un pez


Forma del Pez

0.25


Como nada un pez

Propulsión

Dilatación de músculos

Contracción de músculos

Fuerza generada



Calle de Karman tradicional = resistencia por succión

Calle de Karman invertida = propulsión


Necesidad de explicar “intuitivamente”


Numero de Strouhal

Numero de Strouhal (0.25…0.35)Frecuencia de la cola [Hz=1/s]Amplitud de la oscilación [m]Velocidad [m/s]

Distancia entre vortex:

Ejemplo: Amplitud 10 cm, St=0.3, Frecuencia 2.5 Hz -> v=0.833 m/s, l=16.67 cm Frecuencia 0.5 Hz -> v=0.167 m/s, l=3.34 cm

E introducir “indicadores fáciles de manejar”


Velocidad

Velocidad


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


Concluyendo sobre su comportamiento ….

E hidrodinámica


p

Largo de la vena [m]

Pres

ión

en la

ven

a [P

a]

pR

pr

pR’

Desarrollo del hueso

Y otros ejemplos de fluidos laminares:

Dolor en dientes

Economía y Sociología

Usando la física en “analogía”


Economía

Economía(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 la población):

Economía


Representación grafica Algunos ejemplos

Sociología

Sociología(Toma de decisiones)


Sociología


Influencia del medio Interacción entre miembros

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

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

Variedad de Productos

Calidad de Productos

Conveniencia de Precios

Infraestructura

Tiempo de acceso

Rapidez de Cajas

Agrado

Conveniencia de Promociones

EjemploOpinionesVentaSupermercado

Sociología


Distribución Barreras

Rio

Tren

Autopista

Locomoción

SegmentoCompra por cercaníaCompra por preferencia

Sociología


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

También para campanas políticas

ReclamePresentacionesEntrevistasDebatesNoticias

El colegaLos del clubLa familiaLos amigos

Efectos de “magnetización”espontaneaCrear

convencidos

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

Prejuicios: “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” … ???

Aplicaciones tecnológicas



Problemas simples

Problemas simples




High tech???

DiamantesCondición de trabajo:

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

Ingenieria Inversa

Ingenieria Inversa


Ingenieria Inversa


El invento

¿¿¿Como???

Supuestamente mejorael desempeño y permiteIncluso usar material de bajo octanaje.

Ingenieria Inversa


Mezcla quemadaMezcla

sin quemar

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

Temperatura

Mezcla quemadaMezcla

Posición

10-5 m

Mecanismos para modelar- Difusión del material- Cambio de potencial químico

Consecuencia, baja velocidad

Única alternativa, “mover” el frente de llama

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+ Stokes

Métodos Numéricos


Proyecto en fase de definición

300 PCsen red

Con Jefe RadioterapiaDr. Andres Córdova

Análisis de Señales


AnalizandoInfo de radiaciónúltimos 10 anosen Valdivia(Ch. Loevengreen)

Objetivo largo plazoParticipar 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 FisicaUniversidad Austral de ChileCampus Isla TejaCasilla 567, Valdivia, Chile


mailto:[email protected]

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