Los puentes al sol

Para introducir el post de hoy, hay que empezar explicando qué es un esfuerzo a fatiga:

Una fuerza de estas características es una serie de esfuerzos repetidos que se aplican a cualquier estructura. Un ciclo de estas fuerzas por sí misma no va a colapsar la estructura, pero la repetición de una serie de esfuerzos (en ocasiones de distinto signo) termina por crear daños acumulados en una estructura, hasta que finalmente rompe.

Un ejemplo muy claro es cómo rompemos la anilla de las latas de refresco, donde se dobla la anilla atrás-adelante hasta que rompe. Sin embargo, uno solo de esas fuerzas no rompe la anilla, sino la serie de varios de ellos. 

Muchas estructuras sufren esfuerzos periódicos repetidos cada cierto tiempo, como por ejemplo el paso de los trenes por una vía. A los esfuerzo que sufre la vía se le llama esfuerzo a fatiga. Si la fuerza o esfuerzo es un poco grande, con el paso de las repeticiones puede terminar colapsando la estructura en un tiempo más o menos corto. Sin embargo, no sólo existe la fatiga mecánica, sino que también está la fatiga térmica, y es lo que quería explicar hoy. 

Fatiga térmica, como los lectores se podrán imaginar, son los esfuerzos periódicos que sufre un objeto por exposiciones periódicas a distintas temperaturas. Pero un momento, ¿un cambio de temperatura, sin que haya algo que toca el material, puede "hacer sufrir" al material? Pues sí! Concretamente, la fórmula que sigue es esta (dilatación térmica):

Alfa tiene unidades de 1/ºC o 1/K

L es una longitud

Delta de T es una diferencia de temperaturas (ºC ó K)

Si el lector opera con las unidades, pero fácilmente que el resultado es una longitud, es decir, cuánto se alarga o se reduce una estructura muy sencilla en una dimensión.

Por ejemplo, fatiga térmica sufre el hilo de las bombillas cada vez que se encienden y se apagan. O los quitamiedos de la carretera cuando pasa del día a la noche. O también los puentes! ¿Y qué pasa entonces con los puentes? PUES QUE SE LLEGAN A DILATAR, es decir, aumentan su longitud en sitios con grandes cambios de temperatura a lo largo del día.

Hagamos unos pequeños números para ver esto de manera muy simple. Pongamos un puente de 100m, que sufre una diferencia de 20ºC del día a la noche, y el coeficiente de dilatación del acero es 1.1 x 10^-5 

Si hacemos números, veremos que la deformación es 0,022 m. ¡Que eso es 2,2 cm!

He aquí un nuevo criterio de diseño muy importante que ha de hacerse en las estructuras: ha de poder soportar los esfuerzos de fatiga térmica, si es que los va a sufrir (motores, bombillas, puentes metálicos...). Por ejemplo, el puente ha de tener juntas de dilatación que permiten absorber los aumentos y reducciones de su estructura sin que todo el puente cruja y colapse. Simplemente la junta permite que las uniones entre las barras que conforman un puente metálico puedan aumentar y reducirse. Aquí tenéis un artículo interesante al respecto.

De hecho, uno de los puentes más famosos de este fenómeno es uno de los pocos que hay en Calcuta: el puente Howrah, también llamado Rabindra Setu. 

Es un puente metálico, y según afirma un gran amigo (J.A.) sufre una dilatación térmica total a lo largo del año de 1,5m, siendo el puente que más sufre un fenómeno de estas características. Esta estructura de hecho soporta todos los días un auténtico shock de tests de esfuerzos de fatiga, ya que sobre él circulan al día 150.000 vehículos y hasta 4.000.000 de personas, lo cual le convierte en el puente más transitado del mundo. Además de la temperatura extrema que puede llegar a tener este país, con su correspondiente fatiga térmica. En la página oficial de este puente, en el apartado Maintenance podéis ver que sí hay que revisar frecuentemente estas juntas para el mantenimiento del puente.

No sólo este puente arroja un dato curioso, sino que la misma Torre Eiffel es más alta en verano que en invierno por el mismo fenómeno. O el puente colgante de Verrazano es 3,66m más bajo en verano que en invierno, simplemente por la dilatación térmica de los cables. Esto no es ninguna tontería, sino que tiene que cumplir el criterio de diseño con tanto rigor como la tensión máxima, y si no, véase que un Boeing 737 causó decenas de víctimas por explotar la cámara de compresión de su motor (fatiga térmica)

Por cierto, la fatiga térmica también tiene mucho que ver con la incansable bombilla de Livermoore, sobre la cual podéis leer un interesante artículo de por qué dura tanto aquí.

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¿Cómo ver la F1?

Hoy toca uno de mis pocos posts que hago como si fueran editoriales de blog, y no es por otra cosa que para dar mi opinión sobre una de mis pasiones, y que no es otra que la Formula1. 

Concretamente, no sienta bien que escuches a otros aficionados, o que incluso yo lo haya dicho, que la máxima categoría del Automovilismo es aburrida. Que no pasa nada. Que siempre ganan los mismos. Que no hay emoción. Que con ver las últimas cinco vueltas basta.

Entra dentro de las posibilidades de cualquier deporte que sea un deporte aburrido, al igual que pueden salir muchos partidos de fútbol aburridos, etapas de ciclismo aburridas, o al igual que a mí me lo parece el fútbol americano, por ejemplo. A mí modo personal de ver, las carreras de Formula1 son mucho más que unos coches dando vueltas, aunque también recalco que es un fallo que alguien se declare aficionado al mundo del motor y que sólo vea esta categoría. También es bueno saber y disfrutar de las motos para empezar, los rallyes, el campeonato alemán de turismos (DTM), la Tourist Trophy, o incluso que se pongan los pelos de punta con las Red Bull Air Series (que este año no se disputan). 

Los lectores de este blog proceden de distintas partes del Globo, y si no viven en España no van a entender la siguiente exposición: creo que actualmente, el equipo de Antonio Lobato (que es con el que vemos Formula1 la mayoría de los españoles) puede tener una retransmisión mejorable y ayudan a que las carreras sigan siendo aburridas para muchos aficionados, y vamos a ver si consigo hacer una crítica constructiva:

Creo que el equipo ha perdido sustancialmente con la marcha de Pedro Martínez de la Rosa, pero era inevitable y no se puede hacer nada. Ahora mismo, la voz cantante la llevan el mismo Antonio Lobato y Marc Gené. Sin embargo, a mí me parece que en la mayoría de las carreras se describe lo que ocurre en la pista y lo que se puede leer en la pantalla de tiempos de carrera. Esta pantalla, por si alguien no la conoce, está accesible para todo el mundo en la página www.formula1.com, y pinchando en el apartado Live Timing. 

A continuación, ingresamos nuestro usuario y password (que se pueden hacer de manera gratuita y sin pertenecer a ningún medio) y tendremos acceso a la pantalla de tiempos de la que hablan los comentaristas,  cuando hablan de sectores morados, notificaciones de vuelta rápida, etc. Y se actualiza en tiempo real, sin apenas consumo de recursos informáticos ni nada. Esta aplicación está también disponible para descargar en dispositivos móviles.

Por lo tanto, a mí me parece que el equipo comentarista debería (y yo reconozco que es difícil) ir más allá y contar detalles que no se vean ahí: incidir más en el planteamiento de estrategias, contar más detalles de configuraciones de coches, etc, si es que es posible. Ahora bien, cierto es que yo no conozco tanto medios para comparar las distintas retransmisiones, pero es lo que yo echo de menos. Y también digo que yo no sabría transmitir ahora mismo lo que pido.

Sin embargo, a mí me gusta la técnica del palo y la zanahoria, por lo que ya que hemos dado el palo, vamos a por la zanahoria: creo que se cuida mucho el previo, más que en otras partes de Europa incluso, y que se intentan tocar varios aspectos de actualidad. Concretamente, me gustan mucho las explicaciones de Toni Cuquerella, o vídeos que explican el funcionamiento de algún elemento aerodinámico, o paseos por el paddock.

Bueno, pero todavía no he respondido al título del post... ya va!! Simplemente voy a describir una propuesta con la que a mí la Formula1 me resulta más entretenida que lo que les puede parecer a otros aficionados. Vamos con ello:

- Sobre todo, lo mejor como en todos los eventos deportivos, es verlo en compañía. Si no es el caso, continuamos con los consejos.

- La pequeña aplicación de Live Timing permite entender y ampliar la información de los comentaristas.

- Por supuesto, cuanto más actualidad de este mundo se visite, mejor. Algunas páginas: BoxGP, F1aldia, TheF1, entre otras. Como programa de radio, Vuelta Rápida. 

- Otra posible opción es participar si es posible, en pequeñas apuestas. El apostar por distintos pilotos o resultados permite fijarse con particular interés ahí donde está la inversión, y apreciar más detalles. Implica la participación del espectador por así decirlo. Aquí vuelve a ser importante el tener un grupo de compañeros o personas interesados en el deporte.

- Y he dejado el último consejo para el último lugar, y me parece de los más útiles y fáciles de llevar a cabo, y no es otro que acompañar la carrera de las famosas redes sociales. Concretamente, Twitter funciona muy bien en este tipo de eventos. Mi caso es que normalmente veo las carreras en mi casa, sólo o en familia frente al televisor. Sin embargo, gracias a algo tan habitual hoy en día como un teléfono móvil con Internet, podemos conectarnos a esta red social y ver lo que otros usuarios twitean sobre la carrera. Si son buenos usuarios, o que generan comentarios jugosos, útiles, o de opinión... enriquecen la percepción de la carrera. Yo mismo, no es raro que esté twiteando durante una carrera (@jeibros), pero a continuación os voy a dar una pequeña lista personal de gente que twitea mejor que yo.

- VirutasF1, no para de comentar a lo largo de toda la semana.

- XeviPujolar, ingeniero de pista de Pastor Maldonado en Williams: responde a preguntas técnicas antes de cada GP a menudo.

- IvanF1, experto en la técnica de F1.

- Antonio Mesquida, un descubrimiento muy agradable, capaz de contar los rumores de las cúpulas más altas de este deporte.

- Javier Rubio, periodista de F1

- Andy Soucek, este piloto de F1 comenta en la cadena Cope, pero también twitea.

- José Antonio Fernández, metido en muchas salsas de F1 en web y radio.

Quiero dejar claro que me dejo a muchos, pero el conjunto era contar una pequeña propuesta para disfrutar de un deporte que da posibilidades para hacerlo (cada uno en la medida que pueda llevarla a cabo), más allá de cambios que haya que hacer en el reglamento para hacerlo aún más entretenido. A mí también me gustaría que otros aficionados me den su visión, o me comenten si creen que estoy equivocado.

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La inestabilidad de los aviones

Hoy, tras un tiempo más largo del habitual para publicar posts, traigo un concepto que no está muy recogido en portales como Youtube, para mi sorpresa. Y la mecánica y teoría tras esto da un poco pereza de ponerse a leer.

Se trata de la estabilidad estática de los aviones.

Básicamente se trata de que algunos aviones de combate, los comúnmente denominados cazas, son elementos altamente inestables y algo tan simple como mantener un vuelo en línea recta es muy complejo. Este avión es muy nervioso y tiende a ser muy inestable para poder maniobrar y giros alrededor de su eje longitudinal rápidamente. Por lo tanto, no es un fallo, sino un criterio de diseño.

Vamos a comenzar por lo básico. Estabilidad estática se refiere al concepto de qué ocurre con una basa cuando es sometida a una pequeña fuerza de su posición de equilibirio. Imaginemos una pequeña masa puntual, que podría ser una bolita:

Estabilidad estática positiva

Si aplicamos una fuerza, la bolita tenderá a volver a su posición original.


Estabilidad estática neutra

Ante la aplicación de una fuerza, la bolita se quedará de manera estable en otro punto con las mismas condiciones que la posición original.


Estabilidad estática negativa

Ante una perturbación, la posición de equilibrio se volverá inestable, y no se podrá saber cuál es su próximo punto de equilibrio.

El caso del post que nos ocupa es el último. Es decir, en un avión caza cuando el piloto desea maniobrar, la tendencia del aparato es favorable a ese cambio. De hecho, es tan favorable, que el piloto tiene que realizar un gran esfuerzo en volver a tener una posición de equilibrio. De la misma manera, es difícil estar estático, o ir recto, ya que ante la mínima perturbación el avión reacciona.

Pero veamos por qué ocurre esto. Uno de los modelos más representativos de este criterio de diseño es el F-16, ampliamente conocido por los geeks de este mundillo. Vamos a verlo:

El peso (w) cuelga del centro de gravedad. Mientras, la fuerza de sustentación (lift, Lw), sale del centro aerodinámico. Esta imagen se puede ver en esta entrada de la wikipedia. Y en la misma página, a través de una sencillas ecuaciones, se llega a definir el concepto de margen estático:

En esa ecuación:
- xg es la distancia del centro aerodinámico al centro de gravedad.
- c es la distancia de la cuerda aerodinámica media del ala.
- Vt es un término que tiene en cuenta lt, la c, el peso y la sustentación.


Por otro lado, tras hacer un análisis un poco más completo del avión, lograríamos el punto neutro, o CENTRO AERODINÁMICO: se trata del punto alrededor del cual se equilibran todas las fuerzas aerodinámicas del avión, y el margen estático (h) es la distancia entre el centro de gravedad y ese punto. para que un avión sea estable, el término h debe de ser positivo. Si el CDG se encuentra por delante del punto neutro (o centro aerodinámico), el avión tendrá estabilidad estática longitudinal estable. Por contra, si está por detrás, será inestable, como lo es el F-16, y en este caso se denomina relaxed static stability, o estabilidad estática relajada.

De hecho, este caza cuenta con sistemas electro-hidráulicos que permiten un mayor control del avión a través de la tecnología fly-by-wire. El modelo participó en la operación Tormenta del Desierto, y todos los pilotos se quejaron de su excesiva falta de maniobrabilidad.

Esta estabilidad está relacionada con los siguientes conceptos, pero no se calculan de la misma manera:
- Estabilidad estática transversal: corresponde a la capacidad del avión para rotar sobre su eje longitudinal.
- Estabilidad dinámica: es la tendencia final para volver a una posición de equilibrio después de haber sufrido una perturbación. Es la forma que tiene el objeto de volver al equilibrio al cabo de un tiempo, mientras que la estabilidad estática que hemos visto es la capacidad INICIAL que tiene (pág 9).

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El Nikola Tesla de los monos

Esta entrada participa en la XII edición del Carnaval de Biología, alojado este mes por Blog de Laboratorio.

El Nikola Tesla de los monos está referido a una curiosa historia que ocurrió en una pequeña isla japonesa entre 1952 y 1958. El nombre lo recibe por su origen desconocido. No deja de ser sorprendente, o más bien, escapa a la lógica. Unos investigadores empezaron a echarles a unos monos unas patatas dulces en la playa de la isla de Koshima. Por lo tanto, el alimento terminaba rebozado en arena y los monos no se lo comían. 

Una hembra de 18 meses, llamada Imo, resolvió el problema lavando las batatas en un arroyo cercano. Después le enseñó el truco a su mamá. Sus compañeros de juego también acabaron aprendieron esta nueva manera y la enseñaron a sus madres. Entre 1952 y 1958 todos los monos jóvenes habían aprendido esta técnica que les permitía lavar las patatas. Sin embargo, la mayoría de la colonia de esos monos seguían rechazando el alimento, o se lo comía de una manera incómoda por estar mezclada con arena.  Por cierto, la especie de los monos era el macaco japonés o Macaca fuscata.

Sin embargo, en el otoño de 1958 un número indeterminado de monos estaban lavando las patatas -supongamos que eran 99- y en ese momento, el mono número 100 adquirió el avance cultural de este lavado.

A partir de ese momento, de una manera que escapa a la lógica, toda la colonia de primates adquirió rápidamente este hábito que les permitió disfrutar de las patatas, e incluso esta actividad cruzó islas para enseñar a otros monos vecinos.

Por si no ha quedado muy clara la explicación, os dejo un vídeo resumen.

Esta historia siempre se emplea como la fuerza que tiene un individuo, en algún momento determinado de un movimiento popular, para que termine por popularizarse. En la Wikipedia lo recogen como el Efecto del Mono Número 100.  La primera vez que se oyó hablar de esta historia fue en el libro de Lawrence Blair (1975), Rhythms of Vision: the changing patterns of belief. Pero la fama de esto llegó en 1984, con el libro escrito por Ken Keyes titulado The Hundreth Monkey.

¿A alguien le ha llamado la atención el hecho de que se conozca una investigación por unos libros de autoayuda? Realmente existió esa investigación?

La fuente primaria de toda la leyenda se encuentra en el artículo que publicó en 1965 Masao Kawai, uno de los zoólogos japoneses que había dirigido el proyecto en Koshima.

Según el informe del Dr. Kawai, la experiencia había comenzado en 1952 con una población de 20 monos. Para 1962, cuando se la dio por terminada, la colonia contaba con 59 simios. Pero según consigna el informe original, solo dos de ellos habían aprendido a lavar patatas durante el año 1958.

En 1984 un filósofo de la Universidad de Hawaii llamado Ron Amundson se propuso entrevistar al Dr. Kawai para averiguar qué había de cierto en la historia de los macacos. Aunque ya habían pasado veinte años, el japonés seguía sumamente molesto con las derivaciones que había tenido su experiencia.

La entrevista no alcanzó a producirse porque Kawai estaba a punto de viajar al África, pero el japonés accedió a contestar un cuestionario escrito que le hizo llegar Amundson, con la condición de que esa sería la manera de dar por terminada la cuestión.

Kawai admitía que lo que había observado no era nada nuevo en materia de propagación pre-cultural y consideraba altamente probable que muchos otros simios hubieran hecho antes o después descubrimientos similares. Pero no dejaba de repetir que en Koshima el fenómeno se había registrado una sola vez. De hecho, Amundson escribió en el Skeptics este artículo. (fuente)

Sobre el artículo de Masai Kawai, podéis buscar Newly acquired precultural behavior of a natural troop of Japanese monkeys on Kishima Islet(1965). Primates 6: 1-30.

Este episodio científico es muy empleado sobre todo en pseudociencias, referido a la fuerza interior del individuo, la persona que puede marcar al resto, el poder de 1, etc. Y si ponéis en Google el mono número 100, estaréis más que servidos.

A pesar de tanta habladuría y pseudociencias, sí que ha habido ejemplos de que alguien ha usado o hecho algo, y todo el mundo ha pasado a copiarle. Pero no se ha tratado por una popularización de ese hábito, sino por el hecho de que si lo usa un líder, el resto pensará que tiene que ser bueno y optan a copiarle. Por ejemplo, ¿no se copia todo lo que hace Adrian Newey en la F1? ¿No estamos esperando a que un gran fabricante apueste por Google TV o Apple TV para ver por qué sistema de TV por Internet apostar? ¿No pretenden los políticos crear confianza en los consumidores predicando ellos con el ejemplo (por ejemplo, este mismo año Esperanza Aguirre en Mercadona)?

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