¿PARA QUÉ NOS SIRVE
UNA MATRIZ EN LA FÍSICA?
Esta entrada participa en la edición XLIV del Carnaval de la Física
cuyo blog anfitrión es el ZTFNews.org
Una de las aplicaciones de la matriz es para generar una imagen desde satélite. En realidad un satélite no puede enviar una imagen como tal, lo que hace es enviar un algoritmo que metemos en dos matrices regulares 7x7 para generar dos imágenes, una en escala de grises y otra en color. Veamos un ejemplo de un satélite de la NASA, es un satélite LandSat.
Aquí tenemos un ejemplo del algoritmo que nos puede enviar un satélite tipo LandSat, aquí ya se ha hecho la conversión de binario a decimal, así que los números van de 0-9.
 |
| Fig.1. Ejemplo del algoritmo de un satélite LandSat. Referencia 1. |
A continuación ponemos los números sobre las dos matrices, y pasamos a colorearlo según el código ya dado, en escala de grises y en color.
 |
| Fig.2. Matrices regulares 7x7. Referencia 1. |
Y para comprobar que no nos hemos equivocado contamos los píxeles, tiene que dar 49, que es el resultado de multiplicar 7x7, es decir, la extensión de la matriz.
 |
| Fig.3. Histograma. |
Evidentemente esto ya lo hace de manera automática un ordenador. Así que ahora tenemos programas como el Invi que nos permite cargar hasta tres canales simuntáneos para generar una imágen de satélite. Veamos los canales.
 |
| Fig.4. Canales satélite LandSat. Referencia 2. |
Ahora vemos como se cargan en el programa los tres primeros canales que corresponden al RGB, que se llama falso color.
 |
| Fig.5. Canal Visible. Falso Color. Referencia 2. |
Y en infrarrojo térmico que siempre hay que comparar con la imagen de falso color, ya que pierde definción, en el infrarrojo son 200 metros menos nítido que en falso color, pero para o perder nada tenemos las coordenadas.
 |
| Fig.6. Infrarrojo y infrarrojo térmico. Referencia 2. |
Todas las demás máscaras para satélites, se entiende máscara como un filtro que evita que pase algo, como por ejemplo la máscara de nubes o de agua tienen debajo una programación matricial. Así que sin las matrices nunca podríamos ver nuestro planeta azul desde el espacio, y tampoco podrían existir las cámaras digitales, ya que el proceso por el cual generan una imagen es similar.
Así que, ¿vemos todos para que nos sirve una matriz?. ¿A qué ahora es más fácil estudiar?.
Espero que nos sirva a todos de motivación.
Referencias
1 Curso de Extensión Universitaria. Tractamiento Avanzado de Imágenes de Satélite. Facultat de Física. UV, Burjassot, Julio 2006.
2 Aplicaciones industriales y Medioambientales en la Medida a Distancia de la Temperatura. Máster, título propio, UV-ADEIT , Valencia 2006.
¿QUÉ ES UN ACCELERADOR
DE PARTÍCULAS?
DE PARTÍCULAS?
Esta entrada participa en la edición XLIII del Carnaval de la Física
cuyo blog anfitrión es El Mundo de las Ideas
Antes de empezar a explicar que es un accelerador de partículas veamos una maqueta que explica como accelerar una bola de hierro.
Hay dos tipos de aceleradores de partículas, el acelerador lineal y el ciclotrón (acelerador circular). Un ejemplo del primer tipo es el acelerador lineal de Stanford, y del segundo tipo es el LHC. Aquí os dejo unas fotos vista aérea para la comparativa.
 |
| Fig. 1: acelerador lineal de Stanford |
 |
| Fig.2: LHC |
Otra característica que los diferencia es que el LHC significa Gran Colisionador de Hadrones, los hadrones son las partículas formadas por quarks, en general se utilizan protones, a diferencia de los aceleradores lineales que utilizan leptones, en general electrones.
Vamos a centrarnos en como funciona un ciclotrón. Unos anillos que son superimanes electromagnéticos atraen la partícula, el hadrón, que en el caso de los protones tienen una carga positiva, así que en ese momento el imán presenta una polaridad negativa, porque los polos opuestos se atraen, y cuando pasa la partícula este imán cambia su polaridad para repeler a la partícula, y así se acelera; con este sistema podemos llegar a acelerar una partícula 0.9999c, siendo c=1, (c es la velocidad de la luz en el vacío), consiguiendo así una mayor potencia de impacto entre partículas, que al chocar se desintegran en el caso de los hadrones, creándose una nueva configuración de quarks y asi nuevas partículas.
Y como de partículas va el tema del Carnaval de la Física, hay que decir que los dos tipos de aceleradores han descubierto dos partículas importantes, el Fermilab tiene el acelerador lineal llamado Tevatrón y en 1995 se descubrió el quark Top, este es un acelerador circular, como lo es el LHC donde recientemente se ha descubierto el Bosón de Higgs. Mientras que el acelerador lineal de Stanford (SLAC) descubrió entre 1974-1977 el leptón Tau.
Como en el CERN se combinan los dos tipos de aceleradores, les dejo un video donde se explica su funcionamiento con más detalle para acabar este post.
Referencias
EL PUENTE DE TACOMA-NARROW
Esta entrada participa en la edición XLII del Carnaval de la Física
cuyo blog anfitrión es High Ability Dimension
Lo que queremos es encontrar la velocidad de propagación de las ondas transversales y estudiar su dependencia con la presión aplicada a la cuerda; y relacionar la velocidad de propagación de las ondas con la densidad lineal de la cuerda.
El proceso que determina la forma de la cuerda en función del espacio y del tiempo, cuando la onda llega a un extremo se refleja y comienza a viajar en sentido inverso.
Lo que siempre se cumple es que la distancia entre dos nodos consecutivos coinciden con media longitud de onda.
Cuando la cuerda está sometida a una tensión longitudinal por medio de un peso, la cuerda se deforma, y la tensión será un vector tangente a la cuerda. Dos puntos separados a una distancia dx; si rho es la densidad lineal de la cuerda, la masa contenida en esta distancia es rho· dx, por unos cálculos elementales averiguaríamos la velocidad de propagación de la onda, pero como éste es un texto divulgativo no vamos a mostrar estos cálculos.
Experimentalmente podemos ver que si sostenemos con la mano un nodo mientras la cuerda vibra esta cambia ligeramente su anchura. La cuerda se mueve de arriba a abajo, mientras que la onda se propaga de izquierda a derecha. A una mayor tensión tenemos una mayor velocidad.
Con ésta práctica hemos aprendido que la física es necesaria en la ingeniería, y que sin ella no se pueden construir puentes seguros, debemos tener en cuenta el fenómeno de la resonancia mecánica, que los materiales pueden entrar en resonancia con el medio, como el viento y que la generación de vórtices del viento pueden tumbar cualquier construcción humana que sea tan osada como para menos preciar las fuerzas mecánicas naturales.
Referencias
VVAA. El puente de Tacoma-Narrows. Formación de armónicos en una cuerda. Práctica 2. Laboratorio de Técnicas Experimentales de Mecánica y Ondas. UV.
http://naukas.com/2012/03/26/la-resonancia-bien-entendida-el-puente-de-tacoma-narrows/
Explicaremos éste fenómeno más detenidamente. Éste desastre hace que cambien el diseño y la construcción de los puentes, ¿pero se podía haber evitado?, quizás no, porque no conocíamos bién el efecto de la resonancia mecánica.
La resonancia es común en nuestra vida diaria, como por ejemplo, si estás en un autobús que está parado en un semáforo notarás como vibra tu asiento y los cristales. En el caso del puente de Tacoma Narrows éste superó lo que llamamos el límite elástico del cuerpo y por eso se derrumbó.
En el laboratorio de Mecánica y Ondas de segundo de la licenciatura de Física hacemos una práctica sobre las ondas estacionarias con una cuerda sujeta por sus extremos donde en uno de ellos tiene unas pesas para crear una cierta tensión y en el otro tenemos un motor de rotación y un osciloscopio. Con tensión y perturbación armónica determinamos la relación entre la longitud de la cuerda y la longitud de onda para las diferentes frecuencias naturales.
En el laboratorio de Mecánica y Ondas de segundo de la licenciatura de Física hacemos una práctica sobre las ondas estacionarias con una cuerda sujeta por sus extremos donde en uno de ellos tiene unas pesas para crear una cierta tensión y en el otro tenemos un motor de rotación y un osciloscopio. Con tensión y perturbación armónica determinamos la relación entre la longitud de la cuerda y la longitud de onda para las diferentes frecuencias naturales.
Lo que queremos es encontrar la velocidad de propagación de las ondas transversales y estudiar su dependencia con la presión aplicada a la cuerda; y relacionar la velocidad de propagación de las ondas con la densidad lineal de la cuerda.
 |
| Armónicos en una cuerda. Desde el estado fundamental al 3er armónico |
El proceso que determina la forma de la cuerda en función del espacio y del tiempo, cuando la onda llega a un extremo se refleja y comienza a viajar en sentido inverso.
Lo que siempre se cumple es que la distancia entre dos nodos consecutivos coinciden con media longitud de onda.
Cuando la cuerda está sometida a una tensión longitudinal por medio de un peso, la cuerda se deforma, y la tensión será un vector tangente a la cuerda. Dos puntos separados a una distancia dx; si rho es la densidad lineal de la cuerda, la masa contenida en esta distancia es rho· dx, por unos cálculos elementales averiguaríamos la velocidad de propagación de la onda, pero como éste es un texto divulgativo no vamos a mostrar estos cálculos.
Experimentalmente podemos ver que si sostenemos con la mano un nodo mientras la cuerda vibra esta cambia ligeramente su anchura. La cuerda se mueve de arriba a abajo, mientras que la onda se propaga de izquierda a derecha. A una mayor tensión tenemos una mayor velocidad.
Con ésta práctica hemos aprendido que la física es necesaria en la ingeniería, y que sin ella no se pueden construir puentes seguros, debemos tener en cuenta el fenómeno de la resonancia mecánica, que los materiales pueden entrar en resonancia con el medio, como el viento y que la generación de vórtices del viento pueden tumbar cualquier construcción humana que sea tan osada como para menos preciar las fuerzas mecánicas naturales.
 |
| vórtices de viento. Ilustración |
Referencias
VVAA. El puente de Tacoma-Narrows. Formación de armónicos en una cuerda. Práctica 2. Laboratorio de Técnicas Experimentales de Mecánica y Ondas. UV.
http://naukas.com/2012/03/26/la-resonancia-bien-entendida-el-puente-de-tacoma-narrows/
UN ZOO DE PARTÍCULAS
Comenzaremos por responder a una pregunta. ¿De qué está hecho todo?. Pues tenemos algunas partículas que son capaces de hadronizarse, esto significa formar otras partículas y se llaman quarks, veamos que son. Pero antes quisiera conectar varias disciplinas que reflejan que todo parte de unos ladrillos con los que se cimientan el conocimiento, veamos cuales son según la disciplina:
http://pdg.lbl.gov/quarkdance/
ESTA ENTRADA ESTÁ EN CONSTRUCCIÓN, EN BREVE SEGUIREMOS...
..
CURIOSIDADES DE LA FÍSICA
 |
| Magritte |
¿POR QUÉ EL CIELO ES AZUL?
La atmósfera actúa como un prisma al descomponer los rayos de luz (es decir, las ondas electromagnéticas) que nos llegan del Sol y que tardan 8,4 minutos aproximadamente. Cuando la luz atraviesa la atmósfera los fotones de la radiación colisionen con las moléculas de aire, partículas de polvo, gotas de vapor de agua (es decir unidades de H2O), y con otros electrones que se encuentran en la atmósfera.
Las longitudes de ondas más pequeñas dispersaran más la luz, y como el azul presenta una longitud de onda más corta, ésta es dispersada 10 veces más que la luz roja: la frecuencia de la luz azul está más cerca de la frecuencia de resonancia de los átomos que la luz roja, lo que explica el efecto. Este fenómeno se llama dispersión o scattering.
Es por lo que se llama eficacia el motivo por el que no vemos el cielo violeta, sino azul, ya que además que el Sol emite poca cantidad de luz violeta, nosotros la vemos menos: es curioso que los himenópteros, por ejemplo, las abejas, detecten más las longitudes de ondas más cortas, incluso ven el ultravioleta (como se ha comentado en temas anteriores), cierto tipo de girasol tienen un patrón ultravioleta visible a las abejas, donde nosotros vemos un color simple y primario, el amarillo, ellas ven patrones visibles sólo bajo la luz ultravioleta, es decir, captan todo un nuevo espectro cromático. Quizá si ellas miraran al cielo lo verían violeta-ultravioleta... Al alba y al crepúsculo en el horizonte la luz recorre una mayor distancia y atraviesa una parte más gruesa de la atmósfera, la luz azul ya se ha dispersado por lo que sólo queda la luz blanca menos la azul, es decir, la roja.
¿POR QUÉ EL MAR ES AZUL?
La creencia de que el mar refleja el cielo, es simplemento eso, una falsa creencia. Veamos la realidad física.
El mar no funciona de espejo, no refleja el cielo azul, y su color no se puede explicar por reflexión de la luz de la atmósfera. Esto es así porque en un día nuboso, o en el crepúsculo tanto el mar como los lagos continuan siendo azules. Superficies grandes de agua también absorben las ondas electromagnéticas, y de la luz visible es el azul la que más dispersa.
¿QUÉ ES LA AURORA BOREAL Y LA AUSTRAL?
La actividad solar produce partículas que son lanzadas al espacio, se emiten grandes cantidades de rayos X, radiación ultravioleta y radiación visible, así como corrientes de protones y electrones de alta energía. La radiación X y la ultravioleta pueden llegar a la Tierra e incrementar la ionización de las capas más altas de la atmósfera terrestre, pero la mayoría de las partículas emitidas tienen velocidades bajas y llegan a la Tierra en horas, e incluso días, más tarde que la producción en forma de ráfagas de viento solar. Las manchas solares, cuyos máximos períodos de actividad se repiten cada once años, hacen que la cantidad de viento solar producido varíe su magnitud y su composición. Y así continúan durante 10 o 20 minutos, desaparecen y vuelven a formarse a partir de nuevos rayos de luz, hasta que la actividad decrece.
La aurora tiene colores muy diversos que además van cambiando sucesivamente. Estos dependen de el tipo de átomo o molécula que las partículas del viento solar excitan y del nivel de energía que esos átomos o moléculas alcancen.
La aurora roja proviene de átomos del oxigeno.
La aurora azul se origina en los iones de la molécula del hidrógeno.
El verde/amarillo proviene del oxígeno.
Clasificación de auroras boreales:
Las auroras polares forman parte de los electro-meteoros, grupo en el que se encuentran también los rayos y los Fuegos de San Telmo. De acuerdo con su forma y color, las auroras se clasifican en:
Arcos estáticos:
Se curvan como un arco iris y pueden convertirse en rayos en cualquier momento. Algunas veces se observa más de un arco a la vez. Usualmente son amarillo-verdosos y algunas veces blancos.
Poseen también forma de arco, pero con la diferencia de que todo el arco o parte de él, cambia repentinamente de luminosidad en forma de movimientos pulsantes y desaparece a intervalos irregulares de unos pocos segundos.
Suelen manifestarse aisladamente y presentan un color verde-azulado.
No tienen una forma continua de anillo, y algunas veces la banda aparece curvada como parte de un semicírculo o de una elipse. Si es ancha, una banda puede acabar en un rayo. No aparecen nunca quietas, y su movimiento puede ser muy rápido.
Estas son variantes de auroras en banda, pero merecen una distinción por su espectacularidad, ya que como su nombre indica, parecen cortinas extendidas en el cielo. Este efecto de cortina se debe al hecho de que las bandas aparecen cruzadas verticalmente por zonas oscuras, de modo que se ven como grandes y pesadas cortinas colgadas de algún lugar del cielo .
Parecen como gigantescos reflectores eléctricos iluminando el fondo del cielo. Pueden aparecer separadamente o reunidos en grandes haces y parecen convergir hacia un punto del cenit, como si se irradiaran desde él. De ahí su nombre. Usualmente son amarillo-verdosos aunque a veces aparecen de color rojo. Suelen aparecer además en conjunción con otros efectos aurorales.
Generalmente aparecen después de las cortinas o los rayos. Hay manchas que son de un violeta pálido, rosa o rojo y parecen como nubes coloreadas.
Superficies pulsantes:
Son como nubes coloreadas difusas que aparecen y desaparecen rítmicamente con una frecuencia comprendida entre alrededor de un segundo y un minuto, mientras que aparentemente mantienen su forma y posición. Son vistas con frecuencia con auroras llameantes.
Aparecen tras rayos y cortinas y suelen ir seguidas de una corona. Parecen ondas de luz moviéndose rápidamente hacia arriba una detrás de otra. Otras veces las ondas permanecen invisibles hasta que iluminan extensos rayos y áreas cuando pasan a través de ellos, dando la sensación de que unos y otras aparecen y desaparecen rítmicamente, como llamas.
La investigación finlandesa sobre la aurora boreal está concentrada en Sodankylä (a 100 kms. al norte de Rovaniemi) y en Nurmijärvi (a 50 km de Helsinki). Ésta foto es desde la Estación Espacial Internacional.
Cuenta una leyenda inuit…
"Los límites de la tierra y el mar son bordeados por un inmenso abismo, sobre él aparece un sendero estrecho y peligroso que conduce a las regiones celestiales. El cielo es una gran bóveda de material duro, arqueado sobre la tierra. Hay un agujero en él a través del que los espíritus pasan a los verdaderos cielos. Sólo los espíritus de aquellos que tienen una muerte voluntaria o violenta y el cuervo, han recorrido este sendero. Los espíritus que viven allí encienden antorchas para quitar los pasos de las nuevas llegadas. Esta es la luz de la aurora. Se pueden ver allí festejando y jugando a la pelota con un cráneo de morsa.
El sonido silbante y chasqueante que acompaña, a veces, a la aurora son las voces de esos espíritus intentando comunicarse con las gentes de la tierra. Se les debería contestar siempre con voz susurrante. A los espíritus celestiales se les llama "selaimut", "sky-wellers", moradores del cielo".
SOBRE EL INCIDENTE NUCLEAR DE FUKUSHIMA (JAPÓN)
Los japoneses han hecho un video explicando el incidente nuclear de Fukushima, para los niños de su país. Aquí podemos verlo. Utilizan el concepto de un niño enfermo y con un cierto sentido del humor desde la perspectiva occidental, digamos que aquí ésta versión sorprende.
Y ahora una explicación:
Al final la alerta era del todo cierta, y ocurrió algo trágico. Pero poco a poco la situación se controla, y el planeta aunque tarda, siempre se cura a sí mismo.
FÍSICA Y HUMOR
Paseando por el campus de Burjassot me encontré éste mensaje en la puerta de la facultad de Física:
Hace alusión a la paradoja del gato de Schrödinger
¿Alguien sabe lo que le pasó después del experimento?, ¿a caso se lo comió el Dr. Schrödinger?...
¿Y que passa con el bosón de Higgs?
¿Quizá sigue aún en la caja?
¿En que estado se encuentra?
Ha caido en la bebida por una duda existencial
¿Y que passa con el bosón de Higgs?
Hace ya tiempo que buscan al bosón de Higgs, ¿dónde está?, ¿se ha ido de casa?, ¿o quizá esté escondido en Teruel?...He pensado en hacer un grupo de animadoras y animadores con un lema en la camiseta que diga: "Teruel existe, el bosón de Higgs no", pero es que no soy rúbia y los pompones no me sientan bien, así que os animo a hacer chistes sobre la situación, os explico, es una partícula masiva, grande y pesada, que incluso aparece en el concepto del vacío que tienen los físicos, que la están buscando 50 años y que aún no la han encontrado. Os planteo la pregunta: ¿Por qué los físicos experimentales quieren encontrar el bosón de Higgs?, mi respuesta es: "Porque es el amigo imaginario de los físicos teóricos y si la encuentran pasan a tener un amigo real".
¿Y tú, te animas con un chiste?
Cuando Nietzsche mató a Dios, se cargó con él al boson de Higgs. Otros, sugieren que lo ocultó en su bigote.
HASTA AQUÍ LOS CHISTES SOBRE EL BOSÓN DE HIGGS SE ACABARON, SEÑORES Y SEÑORAS, PUES PARECE QUE HAN ENCONTRADO LA PARTÍCULA DIVINA, PARA DESPEDIRNOS DEJO EL ÚLTIMO:
¿POR QUÉ HAN TARDADO TANTO EN ENCONTRAR EL BOSÓN DE HIGGS?...PORQUE ERA TAN TÍMIDO QUE SE ESCONDIO Y SE PERDIÓ...HASTA QUE LO ENCONTRARON.
HASTA AQUÍ LOS CHISTES SOBRE EL BOSÓN DE HIGGS SE ACABARON, SEÑORES Y SEÑORAS, PUES PARECE QUE HAN ENCONTRADO LA PARTÍCULA DIVINA, PARA DESPEDIRNOS DEJO EL ÚLTIMO:
¿POR QUÉ HAN TARDADO TANTO EN ENCONTRAR EL BOSÓN DE HIGGS?...PORQUE ERA TAN TÍMIDO QUE SE ESCONDIO Y SE PERDIÓ...HASTA QUE LO ENCONTRARON.
