Sembrando utopías – Un viaje por el cosmos y por la vida de Julio Angel Fernández

Publicado en el blog de Martín Monteiro .
Léelo completo en su sitio: http://fisicamartin.blogspot.com/2018/10/sembrando-utopias-un-viaje-por-el.html

El astrónomo Julio Angel Fernández recibió el título Doctor Honoris Causa de la Universidad de la República. La ceremonia, presidida por el Rector Roberto Markarian, se realizó en el Paraninfo de la Universidad, el viernes 28 de setiembre de 2018.
El protocolo contó con dos momentos destacados durante la oratoria. Por una parte el laudatio, una semblanza elogiosa sobre el homenajeado, que estuvo a cargo de los astrónomos Gonzalo Tancredi y Tabaré Gallardo. Y finalmente la breve y emotiva autobiografía ofrecida por el propio Julio Fernández.
Aquí, alterando el orden original, incluyo los tres textos referidos, con agradecimiento especial a los autores por permitirme publicarlos en este espacio.
Contenido:
  1. SEMBRANDO UTOPÍAS: UN VIAJE POR EL COSMOS Y POR LA VIDA. Por Julio Fernández.
  2. LAUDATIO ACADÉMICO. 1era parte. Por Gonzalo Tancredi.
  3. LAUDATIO ACADÉMICO. 2da parte. Por Tabaré Gallardo.

 

Anuncios

Impulso del cohete Tero IV

Publicado en el blog de Martín Monteiro .
Léelo completo en su sitio: http://fisicamartin.blogspot.com/2018/09/impulso-del-cohete-tero-iv.html

Recientemente la Asociación de Cohetería Experimental y Modelista del Uruguay (ACEMU), publicó un video del lanzamiento del Tero IV, un cohete de pruebas de combustible sólido, que tiene una altura de 1,26 metros y una masa total de 1,84 kg, de los cuales 0,23 kg corresponden al combustible Candy (nitrato de potasio y sorbitol).

A partir de este video analizo algunas características cinemáticas y dinámicas de este cohete.

Un breve resumen del procedimiento. Luego de descargar este video:

y cargarlo en el popular software de análisis de video Tracker, selecciono un sistema de coordenadas alineado con el cohete, utilizo la longitud del cohete como escala y selecciono el tiempo cero de tal modo que coincida con el cero del cronómetro que está incrustado en el video. Todo esto en la tercera sección del video, cuando se repite en cámara lenta.

Para calibrar el tiempo observo que al cabo de 0,21 segundos (del cronómetro incrustado) ocurren 175 cuadros, es decir, 833 imágenes por segundo. Entonces en el botón “Ajustes de Corte”, defino esa cantidad de imágenes por segundo, para que el tiempo medido por el Tracker corresponda con el tiempo real.

Una vez definido el tiempo, selecciono como tiempo cero el momento en que se enciende el motor del cohete y luego marco las posiciones del punto inferior del cohete. Puede observarse que la gráfica está escalonada. Esto se debe a que la imagen está compuesta por series de cuadros repetidos.

Todo el movimiento del que disponemos es de 0,1 segundos antes de que el cohete se escape del cuadro de la cámara.

Con la herramienta de análisis gráfico del Tracker, un ajuste parabólico nos muestra que la aceleración media del cohete en esa fase inicial es de 387 m/s^2 (esto se calcula como el doble del coeficiente A de la parábola). Esto es casi 40 veces la aceleración gravitatoria. Un ser humano no seria capaz de resistir semejante aceleración.

Esto significa que al cabo de 0,1 segundos, el cohete habría alcanzado una velocidad de casi 39 m/s (unos 140 km/h). Claro que esto es válido bajo la hipótesis de que la aceleración fue constante durante ese lapos, lo cual es apenas una aproximación de primer orden.

Otra forma de estimar la velocidad que alcanza el cohete en esa primera décima de segundo es mediante un ajuste lineal de los últimos puntos del movimiento del cohete. Es lo que se muestra en la segunda gráfica, donde la velocidad media entre los instantes 0,07 y 0,10 segundos resulta ser de 30 m/s (unos 110 km/h).

DINÁMICA:

Según sabemos este cohete consume sus 0,23 kg de combustible en 1,1 segundos, de modo que el caudal de masa, o sea la cantidad de masa que se expulsa por la tobera cada segundo es \(q = \frac{0,23}{1,1} = 0,253 kg/s\).

En la décima de segundo que ha durado el video, el cohete perdió entonces apenas 0,023 kg de masa, lo cual es poco más del 1% de la masa total del cohete. Vamos a considerar que la masa del cohete ha sido casi constante en esa primer décima de segundo.

Con la masa total del cohete \(m\) y la aceleración \(a\), obtenida del video, se puede determinar la fuera neta, \(F_N\), que actuó sobre el cohete. De acuerdo con la segunda ley de Newton la fuerza neta es igual al producto de la masa por la aceleración:
\[F_N = m \times a = 710 N\]

Sobre el cohete actúan tres fuerzas: el peso, \(m g\), hacia abajo, la fuerza de resistencia del aire, \(F_a\), hacia abajo y el empuje del motor, \(F\), hacia arriba, de modo que se cumple que:
\[F_N = F –  m g – F_a\]

Entonces teniendo en cuenta que el peso del cohete es de unos 18 N (estamos obviando el pequeño ángulo con la vertical en esta estimación) y que la fuerza de resistencia del aire a esas velocidades se puede estimar menor a 1 N, se llega a la conclusión que la fuerza de empuje del cohete es aproximadamente,
\[F = 730 N\]

La propulsión del cohete se consigue expulsando gases a muy alta velocidad. Es un ejemplo paradigmático de la tercera ley de Newton. El cohete empuja a los gases hacia atrás y los gases impulsan al cohete hacia adelante. Esa fuerza de empuje se puede demostrar que es igual al producto del caudal de masa \(q\) por la velocidad relativa, \(v\), de los gases de escape (estamos despreciando los términos debidos a las presiones). Es una de las clásicas ecuaciones de los cohetes:
\[F = q \times v \]

Entonces la velocidad relativa a la que se expulsan los gases en este cohete, resulta ser:
\[v = \frac{F}{q} = \frac{730}{0,25} = 2,9 km/s\]

El impulso específico \(I\), es una cantidad utilizada para caracterizar el poder de los combustibles para cohetes. Se mide en segundos y se define como:
\[I = \frac{F}{q g}\]

Finalmente, el impulso específico inicial para este cohete resulta ser aproximadamente
\[ I = 290 s\]

Este valor es coherente para ciertos combustibles sólidos, aunque un poco alto para el Candy utilizado en este modelo.

Nota relacionada:
“Telemetría y física del Falcon Heavy”

Si te ha gustado esta nota puedes agradecerme de diferentes formas, por ejemplo dejando un comentario al final de esta página, o compartiendo esta nota en tus redes o si eres más generoso con una modesta donación equivalente a una simple y cálida taza de café (en el botón de abajo). ¡Muchas gracias por leerme!
DONACIÓN
Buy Me a Coffee at ko-fi.com
Gracias por el apoyo

https://redlbc.files.wordpress.com/2018/09/065cf-captura1.jpg?w=300

Segunda Jornada de Ciencias Ceibal

Publicado en el blog de Martín Monteiro .
Léelo completo en su sitio: http://fisicamartin.blogspot.com/2018/09/segunda-jornada-de-ciencias-ceibal.html

Este sábado se realizó la segunda Jornada de Ciencias Ceibal, en el LATU, y allí estuvimos invitados nuevamente, junto con Ludmila Villarreal y Arturo Martí, para ofrecer el taller “Los Smartphones y la Enseñanza de la Ciencia”.

Esta segunda vez el taller fue más largo, ofreciendo la posibilidad de que los participantes tuvieran más tiempo para experimentar con algunas de las propuestas. Más allá de esa diferencia práctica, el contenido del taller fue muy similar al primero, el cual se puede encontrar en este enlace:

http://fisicamartin.blogspot.com/2018/06/los-smartphones-y-la-ensenanza-de-la.html

Algunas fotos de la jornada, la presentación y más recursos:

Ver presentación en PDF


Si te ha gustado esta nota puedes agradecerme de diferentes formas, por ejemplo dejando un comentario al final de esta página, o compartiendo esta nota en tus redes o si eres más generoso con una modesta donación equivalente a una simple y cálida taza de café (en el botón de abajo). ¡Muchas gracias por leerme!
DONACIÓN.
Buy Me a Coffee at ko-fi.com
Muchas gracias!

https://redlbc.files.wordpress.com/2018/09/7569d-screenshot_20180901-130937_dropbox.jpg?w=300

Ondas de presión en el Euskotren

Publicado en el Blog de Martín Monteiro.
Léelo completo en su sitio: http://fisicamartin.blogspot.com/2018/07/ondas-de-presion-en-el-euskotren.html

Ocasionalmente los viajes ofrecen interesantes momentos para hacer un poco de ciencia en la vida cotidiana. Esta fue una de esas oportunidades. Era sábado a mitad del verano europeo, el congreso GIREP en Donostia había terminado el día anterior y no encontramos mejor programa que aprovechar el día para viajar en tren a conocer la ciudad de Bilbao. En cierto momento, durante el viaje a bordo del Euskotren recorriendo los hermosos paisajes que ofrece el País Vasco, siento que los oídos se me tapan levemente cuando cruzamos el primero de muchos túneles que ese viaje tendría. En ese instante recuerdo un artículo de Jochen Kuhn y colaboradores en la revista The Physics Teacher*, en el que exploraban las ondas de presión que se producen cuando un tren atraviesa un túnel. Entonces dispuesto a explorar este fenómeno en directo, recurro, como tantas otras veces, a este notable laboratorio de bolsillo: el smartphone.
Aquí la historia:

La knuckleball que traicionó a Muslera

Publicado en el blog de Martín Monteiro .

Léelo completo en su sitio: http://fisicamartin.blogspot.com/2018/07/la-knuckleball-que-enagno-muslera.html

(Un análisis físico en defensa de Muslera, o no tanto)
El segundo gol de Francia frente a Uruguay fue una pelota de media distancia lanzada por Antoine Griezmann que venció las manos de Fernando Muslera. Los comentarios fueron casi unánimes e inmediatos: “un gran error de Muslera”. Sin embargo, desde la cámara ubicada justo detrás de Griezmann, se puede apreciar que Muslera llega a estar bien ubicado, prediciendo correctamente la trayectoria inicial de la pelota y la dirección que hubiera seguido en condiciones normales. Pero también se puede observar cómo la pelota se desvía levemente hacia la izquierda poco antes de golpear sus manos. Ese desvío repentino es lo que se conoce como efecto “knuckleball”, que se debe a inestabilidades en el flujo de aire que rodea a la pelota cuando viaja a cierta velocidad crítica y casi sin rotar. Son las condiciones en las que se dio ese disparo de Griezmann.
Esta observación coincide con lo declarado por el golero uruguayo al final del partido: “La pelota me viboreó, seguro. En el momento yo me corro hacia la izquierda. Yo en ningún momento la quise agarrar, capaz que si la quiero agarrar ahí el gesto técnico más caliente me deja”. “Pero al querer rechazarla me pega en la mano izquierda y no me da para poder sacarla.”

El efecto knuckleball es una de las características aerodinámicas que hacía impredecible a la Jabulani, la famosa y poco querida pelota del Mundial de Sudáfrica 2010, que muy frecuentemente tendía a zigzaguear, desorientando a los goleros. Pera el Mundial del 2014 en Brasil, la pelota fue mejorada considerablemente para tener características más similares a las pelotas tradicionales, con menor efecto knuckleball. Las pelotas Telstar 18 y Telstar Mechta del Mundial de Rusia 2018, son muy diferentes a la Brazuca en su construcción, pero muy similares a la Brazuca en cuanto a su comportamiento en el juego, en particular en lo que respecta a su aerodinámica, presentando una tendencia muy reducida al knuckleball (ver aquí y aquí). Sin embargo, en el gol de Griezmann frente a Muslera, parece que hubo algo de ese efecto odiado por los goleros.
Knuckleball significa literalmente “pelota – nudillos” debido a una técnica utilizada por los lanzadores de Béisbol para conseguir ese efecto zigzagueante, el cual logran sosteniendo la pelota con los nudillos para evitar que la misma gire durante el vuelo, una de las condiciones que favorecen ese movimiento errático.
ANÁLISIS: A partir del video resumen del partido (que está más abajo), extraje algunas imágenes que redimensioné y sincronicé utilizando como referencias algunos elementos estáticos como el arco, para así poder apreciar la trayectoria de la pelota y los desplazamientos del golero sin la molestia del movimiento de la cámara. Con esas imágenes armé una animación, que está a continuación. Allí se puede seguir la secuencia de eventos y cómo cerca del arco la pelota cambia la trayectoria inicial dada por la secuencia 1-2-3 para desviarse hacia el punto 4. Se puede apreciar también que en el tiempo 4 la cabeza de Muslera coincide con la trayectoria original 1-2-3. Pero ahí ya es muy tarde porque la pelota se ha desviado súbitamente y por eso las manos de Muslera ya no están centradas con su cuerpo sino que se encuentran desplazadas para intentar acompañar el movimiento de último momento de la pelota.

En conclusión, Muslera predice correctamente la trayectoria de la pelota y al parecer un pequeño efecto aerodinámico desplaza a la pelota (unos 20 cm) instantes antes de llegar a sus manos. Aquí quedan entonces algunos elementos de análisis, pero si el movimiento técnico fue el correcto o en cambio un “error enorme” del golero, que lo digan los que saben de fútbol.

DONACIÓN
Si te ha gustado esta nota puedes invitarme una taza de café:
Buy Me a Coffee at ko-fi.com
Muchas gracias!
Resumen FIFA del partido Uruguay – Francia por cuartos de final del mundial de Rusia, 7/7/2018.
La trayectoria de la pelota se puede apreciar en el 1:24:
Conexión Uruguay-Francia: Tras el partido, Griezmann explicó por qué que no había gritado el gol: “Por respeto a los uruguayos que, como he dicho antes, me dieron mucho, me enseñaron los primeros pasos, buenos y malos.” “Les debo mucho, y también porque tengo muchos amigos uruguayos.”