Evolucion Tecnologica

Una de las aplicaciones mas fascinantes de la Teoria de la Evolucion de Darwin, es cuando la aplicamos a la Tecnologia, deja de ser un concepto teorico para convertirse en una realidad palpitante, que ningun retrograda cura puede intentar empañar. Un claro ejemplo, que hemos visto todos los que hemos estado en este mundo durante los ultimos 30 años, son las computadoras, en los ochentas eran monstruos que ocupaban un cuarto entero, y han evolucionado, vimos como se convirtieron en maquinas de escritorio, pequeñas y tontas como las primeras Apple o IBM, pasaron a PC de escritorio con memorias de 512 Mb y Discos Duros de 20 Gigas, pasando del Pentium I al IV, cada vez mas poderosas, rapidas y con mayores capacidades, de las ruidosas conexiones inalambricas, a las WiFi, de las maquinas con CPU a las Notebooks, en un proceso tan rapido y tan natural que parece haber sucedido en un abrir y cerrar de ojos, pero esa es la vision del usuario.

Hay una forma muy diferente de ver la evolucion Tecnologica y solo quienes la han emprendido se han dado cuenta de ella, la evolucion desde el punto de vista del fabricante. Diseñar y Fabricar un producto es un magnifico negocio, un chip no es mas que plastico, silicio y metal, que en forma bruta no cuesta mas de 2 pesos, o incluso menos, pero que una vez procesado puede costar miles de pesos, desde el punto de vista economico es bueno, sin embargo tampoco es toda la historia.

El proceso de fabricacion requiere de investigacion avanzada, realizada por cientificos, y de ahi la enorme voracidad que tienen esos paises por conseguirlos donde sea, ademas de ingenieros que puedan volver realidad los conceptos teoricos o convertir en procesos industriales los procesos experimentales, requieren obreros, que puedan fabricar los componentes o ensamblarlos, personal administrativo que organice todo, en fin una enorme cantidad de personal, que ademas deben de estar bien pagados para evitar que se vayan con la competencia, personas bien pagadas gastan mucho, en comida, bienes y consumibles, inyectando el dinero en la economia, el bienestar se vuelve algo social, una industria eficiente jala a toda la economia de una region, y enriquece a todo el pais.

Con esto pareceria suficiente, pero no es asi, la experiencia demuestra que la Evolucion Tecnologica provoca mas Evolucion Tecnologica, otras compañias desarrollaran nuevas teorias y nuevos experimentos, que se convertiran en nuevos desarrollos industriales, lo que presiona a que la nuestra siga haciendo desarrollos, es necesario hasta el ultimo gramo de creatividad, los jovenes son impulsados a estudiar carreras de Ciencia y Tecnologia, y consiguen puestos en una industria pujante, que demandara lo mejor de ellos, nada de vagos malvivientes o ninis.

Si hay estabilidad politica adecuada, las empresas empiezan a crecer, como lo hacian los dinosaurios exitosos o nuestros antepasados simiescos, y se vuelven entes enorme, desproporcionados a sus inicios, como Volkswagen o Mitsubishi, produciendo riqueza y comodidades a sus naciones, desde el punto de vista tecnologico, la evolucion se acelera, convirtiendose de lineal en potencial, (veamos otra vez el ejemplo de las computadoras), a Japon le llevo 25 años levantarse de las cenizas de la Guerra, a China le ha llevado 15 pasar de ser el pais subdesarrollado mas grande del mundo a la superpotencia dominante, y lo ha logrado de una sola forma, Tecnologia.

Y es por ello que las mejores mentes de un pais deben de educarse en estas areas, crearse industrias, usualmente estatales o fundadas o capitalizadas por el estado, y dejarlas desarrollarse, ¿que hubiese sido de Mitsubishi, si el gobierno japones no le hubiese encargado miles de cazas Zero?.

Continuara...

La enseñanza del formulazo

Enseñar Fisica no deberia de ser un trabajo dificil, si hay una ciencia con aplicaciones en todas partes y en todo momento es la Fisica, nos rodea por todos lados y esta en la vida diaria, de hecho el nombre original de esta ciencia era: 

PRINCIPIOS MATEMATICOS DE FILOSOFIA NATURAL

O en otras palabras, como entender a la naturaleza usando las matematicas, y me refiero a usar TODAS las matematicas, y si bien saber como cae un gis solo requiere de conocimientos basicos de Algebra y de Gravitacion, otras areas como la aerodinamica, requieren de conocimiento de matematicas avanzadas, tales como Rotacionales y Ecuaciones Diferenciales Parciales.

Para niveles educativos basicos, cuando los conocimientos matematicos son pobres, tal vez sea mejor enseñar la parte intuitiva de la Ciencia, ver que comprender el universo puede ser una accion de sentido comun, las ruedas ruedan, las sillas rechinan si las arrastras, movimiento y friccion, El cafe se enfria y el piso se calienta con el sol, las relaciones de la termodinamica.

Ya para la preparatoria, con una madurez matematica suficiente, lo mejor es enseñar a describir la naturaleza, entender que la velocidad y el tiempo pueden relacionarse, y de que forma lo hacen, comprender las proporciones directa e inversa, poder deducir nosotros mismos el comportamiento matematico del mundo, usando interesantes experimentos o espectaculares demostraciones, despues de todo, la Fisica esta repleta de ellas.

Sin embargo me he dado cuenta de que muchos maestros emplean la politica del minimo esfuerzo, solo enseñan la formula basica y despues dejan problemas de despejar el valor requerido, esto no es Fisica, es Algebra y no es el espiritu de la Ciencia, los estudiantes solo memorizan la formula para el examen y despues la olvidan, memoria a corto plazo; y para toda finalidad practica, jamas recibieron una clase de Fisica y pensaran que su vida se puede resolver a formulazo limpio.

Se bien que con los miserables salarios de los profesores, el exceso de trabajo administrativo y con la baja moral en general que hay en el sistema educativo, se que es mucho pedir que enseñen mejor, pero se que por ahi habra algunos profesores que saben de lo que estoy hablando, y disfrutaran hacer sus clases un poquito mas eficientes.

Pajarito Perdido, HTV-2

Se busca un pajarito perdido, responde al nombre de HTV-2,  se le vio la ultima vez volando a velocidad hipersonica sobre el oceano pacifico, si lo vio por favor reportarlo a la DARPA de la USAF.

SE BUSCA
Interpretacion de un artista del proyecto del HTV-2

El HTV-2 es uno de los proyectos mas activos de la nueva generacion de aviones hipersonicos no tripulados, la informacion dada a conocer establece que el avion es un bombardero tactico, con una velocidad de 20 Mach y capacidad intercontinental. Las tendencias en tecnologia estan dirigiendose a aparatos sin tripulantes, lo cual les da una enorme ventaja, las maquinas usualmente tienen limites fisicos mucho mas elevados que un humano, un piloto no puede resistir mas de 10gs, pero un avion podria, por lo menos en cuanto a materiales convencionales llegar a casi 50 antes de presentar fracturas, la temperatura deja de ser un factor, a 20 Mach se eleva a niveles que harian indispensable una pesada proteccion a los tripulantes, la eliminacion de ella hace al avion mas ligero, no necesita presurizacion ni blindajes, nada de oxigeno ni partes cristalinas, a no ser las de algun sensor. Ademas un gran factor lo ha hecho muy atractivo desde los cincuentas, el aparato puede ser derribado sin perdidas humanas, los ciudadanos estan mas dispuestos a apoyar una guerra si no hay vidas humanas perdiendose, solo metales.

Pero como un fantasma inquieto, vuelve a aparecer el mismo problema que mando por el caño los proyectos de los cincuentas, una maquina sigue siendo demasiado tonta, a pesar de los avances en electronica y computacion, un aparato de ese tipo solo hace lo que esta en su programacion, si esta falla, se pierden millones de dolares en un monton de basura. esto sin considerar que los restos estan perdidos, si se hundieron en la fosa de las Marianas no hay problema, solo un poco de contaminacion en el fondo oceanico, sin embargo si el avion siguio su camino y cayo en China o en la vastisima Rusia, esa tecnologia pronto se usaria en contra de occidente.

El proyecto del HTV-2 (Hipersonic tecnology Vehicle) es parte de un programa de investigacion que abarca bombarderos, tacticos y estrategicos, cazas y aviones comerciales, que compartiran una tecnologia basica, este vehiculo es lanzado por un cohete, que lo coloca en la Thermosfera o en la Exosfera (nunca se ha revelado claramente esto), a esa altura ha acumulado tanta energia potencial, que cae en vuelo no propulsado a altisimas velocidades, exactamente igual que el Transbordador espacial, "planeando" hacia sus blancos, a los cuales ataca con algun tipo de arma de precision, siendo recuperado en algun aerodromo avanzado, o por lo menos eso indica la teoria.

Sin embargo si uno ve las energias involucradas, seria absurdo que el bombardero llevara bombas Mk-82 o incluso misiles dirigidos convencionales, la capacidad destructiva de un racimo de bombas seria ridiculo comparado con la capacidad destructiva del vehiculo en si, a mach 20 el solo impacto del vehiculo destruiria mucho mas eficientemente cualquier blanco, una ciudad, una concentracion de tanques, o cualquier blanco que valiera la pena, sin las desagradables consecuencias de la radiacion en  una bomba nuclear convencional. Ahora bien, si hablamos de punteria, es necesario que el vehiculo cuente con algun tipo de control aerodinamico, motores o superficies de control, aunque asumo que a esas velocidades solo un buen motor cohete o superficies especiales como las del Atlantis podrian hacer el trabajo.

Autor: Sergio Tellez

La Fisica del Automovil, Velocidad

El automovil es un medio de transporte, y nada mas, intentar convertirlo en una maquina de velocidad es posible, pero requiere de equipos especiales, y por supuesto, de carreteras especiales para practicar esta actividad, intentar usar un auto GT con equipo convencional en una avenida o carretera no diseñada para la alta velocidad, no es una cuestion de emocionante valor, es un acto de estupidez.

La velocidad en un auto, significa una sola cosa, una relacion potencia-peso , una gran potencia y un bajo peso usualmente dan como resultado una gran velocidad, y una gran velocidad usualmente significa problemas de control, debidos a la gran inercia del vehiculo, de ahi la tendencia a "endurecerse" del volante, ademas de los riesgos de colision, el mundo es muy diferente a altas velocidades, donde se presentan fenomenos que no son muy visibles a las velocidades a las que estamos acostumbrados, por ejemplo, una curva, no suele significar gran cosa a una baja velocidad, pero a mas de 100 km/h la Velocidad centripeta puede sacar de la carretera a un conductor inepto, mas por el simple hecho de que las curvas se diseñan para una velocidad dada, observese que las curvas son casi planas en la ciudad, pero las curvas de un circuito de carreras pueden estar inclinadas hasta 60°, para compensar la fuerza centrifuga de un vehiculo a alta velocidad.

POTENCIA

Hablemos primero de la potencia, esta es dada por un buen motor, es lo mas importante en un vehiculo, porque es la Energia fundamental, sin ella, no hay movimiento, usualmente se mide en caballos de fuerza  y su consecucion es un problema mas de ingenieria que de Fisica, tiene que ver en un delicado equilibrio entre combustibles, ciclos de combustion y eficiencia, se puede llegar a ella con motores muy eficientes o con combustibles especiales.

PESO

Ya tenemos la Fuerza para mover nuestros autos, ahora hay que ver que vamos a mover, claro que no es lo mismo mover una pluma que una montaña, la cantidad de materia importa, a esto lo llamaremos masa, y entre menos sea, mas podemos usar nuestra potencia, asi que hay que sacar todo lo que no sirva en el auto, y de preferencia usar una carroceria tan ligera como sea posible, de preferencia con materiales compuestos superligeros.

AERODINAMICIDAD

Y claro, la carroceria debe de ser aerodinamica para aprovechar la Velocidad del viento para mantener nuestro vehiculo estable, un buen diseño es fundammental, (ves porque un GT comun no sirve).

INERCIA

Un cuerpo en movimiento tiende a permanecer en movimiento, de hecho un auto a muy alta velocidad adquiere una inercia enorme, para modificar su movimiento es necesario aplicarle una Fuerza igualmente descomunal, por ejemplo la fuerza de un auto de 1000 km a 30 km/h (la velocidad normal en la ciudad), puede calcularse de la ecuacion:

F=mA

F Fuerza

m masa

A Aceleracion (dV/dt)

Y es de alrededor de 833 N, una fuerza manejable desde el volante, pero a 150 km/h, es de 4166 N, necesitarias ser Hercules para controlar el volante a esa velocidad, es por ello que los aviones de combate usan servomotores en las superficies de control, para multiplicar la fuerza del piloto y controlar el aparato.

Y la inercia de un vehiculo juega en tu contra, porque al trabarse el volante, el auto queda abandonado a las fuerzas de su alrededor, si la carretera es dispareja, un bache, un tope, una deformmacion o lo que sea, puede sacarte de la carretera y volcarte, (el famoso efecto brincacorcholatas), de ahi la necesidad que tienen los circuitos de carreras por superficies completamente planas, para poder controlar este factor.

Pero no es el ultimo efecto de la Inercia, tu auto tardara en reaccionar ante cualquier orden que le des, si aplicas los frenos, tardara en detenerse completamente, asi a 40 km/h se frena en 18 metros, pero a 120 km/h la distancia de frenado es de 192 metros, hay que considerar que hay varios factores que alteran esto, si el vehiculo va mas cargado de lo normal (mas pasajeros, mas combustible, etc.) tardara mas en frenar, si no se reacciona inmediatamente, la distancia de frenado aumenta, y la peor de todas, con suelo humedo, la distancia de frenado aumenta potencialmente, asi a 120 km/h puedes tardar 235 m en frenar, (casi un cuarto de kilometro), de hecho hay una ecuacion de frenado, es un poco aproximada y establece que:

Df = V2/170

Df Distancia de Frenado

V2 Velocidad al cuadrado

170 constante de proporcionalidad

VELOCIDAD CENTRIFUGA

La velocidad no solo es una cuestion de ir hacia adelante, al conducir se presentan mas tipos de Fuerzas, una de ellas es la Fuerza Centrifuga, causada por una Velocidad lateral al conducir sobre una curva, efectivamente, cuando se conduce sobre una curva aparece una fuerza que nos empuja hacia afuera, esta esta determinada por la ecuacion:

Asi es, la velocidad se vuelve angular y surge una fuerza que nos saca de las curvas, pero es algo que los constructores de carreteras ya tienen planeado en sus diseños, y peraltan las curvas, esto es, les dan una inclinacion, por desgracia para muchos, el peraltaje depende de la velocidad y usualmente se calcula para una velocidad promedio baja, indicada en el señalamiento antes de iniciar la curva, para velocidades mas altas, ese peraltaje es insuficiente, es por ello que un conductor experto, baja la velocidad en las curvas, para ajustarse al trazado del camino, y claro esta, en la ciudad las calles no estan peraltadas, asi que correr a alta velocidad en ellas es muy poco juicioso.

Impulso

No hay que olvidar otro concepto, el Impulso, nuestro vehiculo siempre estara sometido a el, se define como:

I = mV

I es el Impulso

m es la masa

V es la Velocidad

Los autos tipo GT han sido diseñados con una velocidad de 40 km /h y un peso de 1000 kg en mente, y practicamente todas las especificaciones del vehiculo son para estas magnitudes, esto es resistencia de los materiales al impacto, eficiencia del motor, bolsas de aire, frenado y mucho mas, ir a mayores velocidades disminuye las prestaciones del auto, a 150 km/h, la capacidad de un auto para proteger a sus tripulantes se reduce a cero y es por ello que las autopistas han hecho modificaciones al seguro del usuario, ya no cubren vehiculos que viajen a exceso de velocidad.

Asi como se ve, manejar bien a altas velocidades no solo es cuestion de pisar un acelerador y mover un volante, como casi toda cuestion humana, es una mezcla de valor y conocimiento, hay que conocer bien lo que hacemos, para hacerlo bien 

Autor: Sergio Tellez Morales

La Fisica del Automovil, Aerodinamica

Desde los setentas ha habido una lucha por obtener mayor rendimiento en los automoviles, esto se ha conseguido por diferentes caminos, materiales compuestos mas ligeros, mejores combustibles, motores modernos y por supuesto mejores diseños, mas aerodinamicos.

Desde los treintas, en la aviacion se sabia que entre menor resistencia al aire tenga un vehiculo, mayor velocidad tendria, de ahi los anillos Towsend, la eliminacion de los trenes fijos y los fuselajes con curvas suaves para permitir un flujo suave alrededor del aparato. Poco a poco fueron descubiertos nuevos fenomenos, como la de los vortices de extremo o el empuje conformal, (que llevo a ver que las variaciones de presion, producen un empuje adicional, lo que llevo a diseños tan peculiares como los Marilyns).

Los fabricantes de autos, no estaban muy preocupados por el rendimiento, por mas de 60 años se interesaban mas por la apariencia, el diseño debia de ser muy atractivo, y de hecho, algunos automoviles de los cincuentas eran monumentos a la infuncionalidad. Fue la crisis del petroleo de los setentas la que cambio la industria, de repente el combustible se volvio la obsesion de todos, aumentar el rendimiento, sin importar nada mas; en una espiral que sigue hasta la fecha, aunque ya llegamos a un punto donde se diseñan autos para velocidades de mas de 100 km/h, y muchos de ellos ya no pueden circular a mas de 5 km/h por las calles de la ciudad.

Las nuevas carrocerias deben de tener la minima resistencia al aire, de ahi que los autos ahora esten formados de curvas suaves, se tuvo que decir adios a los radiadores cuadrados, superficies planas y demas articulos generadores de turbulencias.

La carroceria tuvo que hacerse mas pegada al piso, y es necesaria la generacion de una diferencia de presion para mejorar el agarre del auto al piso, esto es una especie de sustentacion a la inversa, la velocidad del viento V ejerce un efecto sobre presion P1, al comprimirse un flujo por la curvatura de la carroceria, se aumenta la presion, mientras que P2 permanece constante, asi que  provica una fuerza que empuja el auto hacia abajo, ayudandolo a mantenerse en el suelo a velocidades altas, de ahi que las carrocerias esten curvadas en la parte superior y sean bajas, ademas del uso de spoilers para desviar el flujo de aire.

En cambio el uso de spoilers en la parte trasera de un auto, tiene un sentido totalmente diferente, cuando el flujo de aire pasa del techo al maletero, se puede producir un gran efecto de turbulencia, mas si la caida es muy angulada o pronunciada, para evitar esto, se coloca un spoiler, que dosifica el flujo y lo vuelve suave.

Empuje conformal, si seguimos jugando con el viento y la forma, nos damos cuenta de que hay mas de una forma de aplicar presion, si en la carroceria se hacen concavidades, entonces sucede un nuevo fenomeno, la diferenecia de presion, P2 menor que P1, produce un empuje adicional, mas velocidad, con la misma potencia.

Y ahora que hemos hablado de velocidad y aerodinamicidad que hacen a un auto una eficiente maquina de velocidad, disfruta del embotellamiento de hora pico, mientras que vez como la anciana en andadera, rebasa tu deportivo y se pierde a la distancia.

Autor: Sergio Tellez