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viernes, 24 de octubre de 2014

Correspondencias y aplicaciones

Volvemos con conjuntos. Esta vez vamos a hablar de lo que son las correspondencias y sus consecuencias más inmediatas.

 Correspondencias

La definición formal de correspondencia consiste en que una correspondencia entre dos conjuntos A y B es un subconjunto F del producto cartesiano AxB (explicare lo que es el producto cartesiano en otra ocasión). Para que todos nos entendamos, una correspondencia asigna a determinados elementos del conjunto A una serie de elementos en el conjunto B y ese subconjunto F estará formado por los pares (a,b), estando a contenido en A y b contenido en B.

Diagrama que intenta representar una correspondencia entre A y B


En la figura, una posible pareja de elementos (a,b) del subconjunto F sería: ( Triángulo rojo, 3) o (Pentágono naranja, 5). Además:
  • Al conjunto A se le llama conjunto inicial
  • Al conjunto B se le llama conjunto final
  • Si una pareja de elementos a y b están en la correspondencia se dice que b es una imagen de a y que a es un origen de b
  • Llamamos conjunto origen o dominio de F a todos los orígenes de los elementos de B, de forma rigurosa:
Conjunto origen de F= { a∈A / ∃y ∈ B con (a,y) ∈ F}
  • Llamamos conjunto imagen o recorrido de F al conjunto formado por todas las imágenes de los elementos de A, de forma rigurosa:
Conjunto imagen de F= { b∈B / ∃x ∈ A con (x,b) ∈ F}
Analizando el caso de la figura como ejemplo tenemos:
  •  El conjunto A o inicial es:

A={Triángulo rojo(TR),Triángulo verde (TV),Pentágono naranja (PN),Romboide morado (RM),Cuadrado verde (CV), Heptágono rojo (HR)}

  • El conjunto B o final es:

B={1,2,3,4,5,6,7,8}
  • El subconjunto F o correspondencia es:
F={ ( TR,3); (TV,3); (PN,5); (RM,4); (CV,4); (HR,7) }

  • El conjunto origen es:

Conjunto origen = {TR,TV,PN,RM,CV,HR}

  • El conjunto imagen es:

Conjunto imagen = {3,4,5,7}
 Una vez hemos comentado la definición y aspectos más importantes de las correspondencias, explicaremos un tipo concreto de ellas que son las aplicaciones.
Aplicaciones

Una aplicación entre dos conjuntos A y B es una correspondencia que verifica las siguientes condiciones:

  • El conjunto inicial coincide con el conjunto origen, de forma rigurosa:
∀a∈ A,  ∃b∈ B / (a,b) ∈ F  
  •  Cada elemento del conjunto origen tiene una única imagen (∃* significa "existe solo uno")
∀a∈C.Origen,  ∃*b∈ B / (a,b) ∈ F

Figura que representa una aplicación de dos conjuntos X e Y
Se suele denotar una aplicación F de A en B por    
  f:  A -------> B

Cuando la pareja de valores (a,b)∈F, con a ∈ A y b∈B, entonces escribimos:
 f(a)=b

Si os dais cuenta, la manera de escribir f(a)=b es idéntica a la notación que usábamos con las funciones, y eso nos lleva a algo muy importante, las funciones son la misma cosa que las aplicaciones. Cuando manejamos una función y=y(x), los valores de x son el conjunto origen y los valores de y el conjunto imagen.

Clasificaremos las aplicaciones (o funciones) en 3 categorías en función de que cumplan o no una serie de características:
  • Una aplicación inyectiva es aquella que cada elemento de la imagen tiene un único origen. De forma rigurosa:
 f es inyectiva ⇔ f(x) = f(y) ⇒ x = y

Ejemplo de aplicación inyectiva
  • Una aplicación sobreyectiva es aquella en la que el conjunto imagen coincide con el final:

 f es sobreyectiva ⇔ f(A) = B  ⇔  ∀b∈B, ∃a∈A / f(a) = b

Aplicación sobreyectiva
  • Y para terminar, una aplicación es biyectiva si es a la vez inyectiva y sobreyectiva; es decir:
f es biyectiva ⇔ ∀b∈B, ∃*a∈A / f(a) = b

Aplicación biyectiva


Esta clasificación de las funciones es de gran importancia, ya que la inyectividad, sobreyectividad y sobretodo la biyectividad son condiciones necesarias para que se cumplan determinados teoremas del cálculo y el análisis matemático.

Y esto es todo sobre correspondencia y aplicaciones. Es simplemente un esbozo acerca de estos temas, pero el concepto importante sobre ambas es que una correspondencia es simplemente la asignación de un miembro de un conjunto a otro miembro de otro conjunto sin ninguna especificación; mientras que las aplicaciones, que son otra forma de llamar a las funciones, los relacionan respetando unas determinadas condiciones.

Hasta otra amigos!

martes, 21 de octubre de 2014

Matrices. Operaciones Simples




 Hoy escribiré sobre matrices. El concepto de matriz esta muy ligado al de vector, ya que un vector no deja de ser una matriz.

Una matriz es, simplemente, un conjunto de números dispuestos en forma cuadrada o rectangular y encerrados por un paréntesis. Pero sin embargo, son muy importantes en álgebra, física, cálculo, etc... Por ejemplo, un uso típico de matrices es resolver sistemas de ecuaciones. Pongamos por caso el sistema:


3x + 4y + 5z = 2                                                                (  3  4  5  2 )
x + 2y + 3z = 1          se podría expresar como ->             ( 1  2  3  1 )
        y + z = -4                                                                   (  0  1  1 -4 )


¿Se entiende mas o menos verdad? De esta manera se pueden resolver sistemas de ecuaciones mucho mas rápido que con los métodos convencerles de sustitución, igualación o reducción; por una serie de métodos que comentaremos en otra ocasión. (Siento que los paréntesis no abarquen toda la matriz, pero el editor de texto no me lo permite fácilmente).

Las matrices tienen un orden, que seria como si dijéramos el "largo por el ancho", como si fuera un área de un rectángulo. La matriz que hay en la parte superior seria de orden 3x4, ya que es un matriz de 3 filas ( horizontales) y 4 columnas (verticales).  Una matriz interesante, es la matriz Identidad, también llamada delta de Kronecker, que consiste en:

     (1 0 0)
 I= (0 1 0)
     (0 0 1)

Siendo esta la matriz identidad de orden (3x3) pero existen de cualquier orden siempre que sean matrices cuadradas (mismo número de filas que de columnas)

Las matrices se pueden operar, como los números y los vectores, pero funcionan mas bien como estos últimos.

La suma de matrices es exactamente igual que la suma de vectores, suma componente a componente. Un ejemplo:


( 2  3  7 )          ( 5  1  3 )          (7  4  10)
(-1  2  3 )    +    (1 -2  4 )     =   (0   0   7)
 (4  -5  6 )         ( 2   3  1)         (6  -2  7)

Su diferencia no plantea el mayor problema tampoco:


( 2  3  7)           (5  1  3)           (-3    2   4)
(-1  2  3)     -    (1 -2  4)     =     (0    4  -1 )
( 4 -5  6)          (2   3  1)            (2   -8   5)


Es en el producto y el cociente donde aparecen las mayores diferencias respecto a las operaciones con números.

El producto matricial se resuelve aplicando este algoritmo:

(A B C)         (R S T)          ( (AxR + BxU + CxX)   (AxS + BxV + CxY)   (AxT + BxW + CxZ))
(D E F)     x   (U V W)  =   ( (DxR + ExU + FxX)    (DxS + ExV + FxY)    (DxT + ExW + FxZ))
(G H I)           (X Y Z)        ( (GxR + HxU + IxX)    (GxS + HxV + IxY)     (GxT + HxW + IxZ))

Donde A,B,C,D,E,F,G,H,I,R,S,T,U,V,W,X,Y y Z son números cualesquiera.

Para dejarlo mas claro; el algoritmo funciona así: Para obtener la componente de la matriz producto  que se ubica en la fila 1 y en la columna 2, por ejemplo, multiplicaríamos el primer número de la fila 1 de la primera matriz por el 1º de la segunda columna de la segunda matriz más el segundo número de la fila 1 de la primera matriz por el 2º de la segunda columna más el 3º número de la fila 1 por el 3º de la segunda columna de la segunda matriz.

Este algoritmo es válido para todas las matrices que pueden multiplicarse entre sí, pero no todas pueden. Para saber si dos matrices pueden multiplicarse entre si tenemos que fijarnos en el orden de las matrices que se multiplican. Imaginemos que tenemos estas matrices:

        ( 2 -1  3)                                                (6 -5 -1)
A =  ( -2  4  1)                   y                 B=    (1  2  -3)
        (  3 -8  3)                                              

Y queremos saber si podemos multiplicarlas entre si. Fijémonos en sus órdenes. El orden de A es 3x3 (3 filas y 3 columnas) y el orden de B es 2x3 ( 2 filas, 3 columnas). Ahora haríamos así:

Colocamos los ordenes de las matrices como si fuesen los números a multiplicar:

 (3x3) x (2x3)

Los números que nos interesan son aquellos que están mas cerca del signo de multiplicación entre ambos ordenes (3 y 2). Como estos números son diferentes, no se puede realizar la multiplicación matricial. 



Además de decirnos si podemos o no multiplicar las matrices, este sistema aporta más información. Cojamos las siguientes dos matrices:

        ( 2 -1  3)                                                (6 -5)
A =  ( -2  4  1)                   y                 B=    (1  2) 
        (  3 -8  3)                                               (3  4)

Y ahora realizamos nuestro pequeño truquillo:

           (3x3) x (3x2)

 En este caso, podemos multiplicar ambas matrices, ya que los números que están junto al X son idénticos (3). Además de eso, si tomamos los otros dos números, obtenemos el orden de la matriz resultante del producto matricial (3x2). Resolvamos el producto y comprobemoslo:

             ( (2x6 + -1x1 + 3x3)     (2x-5 + -1x2 +4x3))           (   20      0)
AxB =  ( (-2x6 + 4x1 + 1x3)     (-2x-5 + 4x2 + 4x-8))  =     (  -5    -14)   
             ( (3x6 + 1x-8 + 3x3)     (3x-5 + -8x2 +4x3))           (  35   -19)

Que es, como habíamos propuesto, de orden 3x2 (3 filas, 2 columnas).

Hablando ahora de la división, la división matricial no existe. Para resolver ecuaciones matriciales ( que las hay) del tipo:

A x X  = B 

Con A y B matrices conocidas y X matriz desconocida y todas ellas matrices cuadradas; es necesario calcular la inversa de la matriz A (si la matriz A admite inversa, que no todas lo hacen) y multiplicar a ambos lados de la ecuación por ella. Todo esto lo describiremos en otra ocasión, puesto que da sin problemas para otra entrada.

Espero que os haya sido de utilidad.

Un saludo



domingo, 19 de octubre de 2014

22 años de la cumbre de Río



Hoy escribiré sobre ecología. Es, para mi, el mayor problema al que se enfrenta la humanidad en los albores de siglo XXI, y aunque nadie puede predecir el futuro y quizás si alguien lee estás palabras dentro de 50 años, como muchas veces pasa, estarán desfasadas y equivocadas; voy a hablaros un poco de la historia de la ecología a nivel internacional a raíz de un interesante artículo escrito hace ya 12 años que es perfectamente aplicable a hoy día; y también de mis opiniones a cerca de este importante tema.

El primer gran evento mundial en el que la ecología fue el motivo de la convocatoria fue la cumbre de Estocolmo en 1972 donde se sentaron las bases del problema ecológico y de desarrollo sostenible que padecía el mundo. Acudieron representantes de 113 países y 400 organizaciones y concluyó con una declaración de 26 principios que en la práctica tuvieron muy poco impacto en la política mundial inmersa en la Guerra Fría (1945-1991) y en el miedo a una guerra nuclear global.

La siguiente reunión, la conferencia de Río de 1992 celebrada en Río de Janeiro fue la primera cumbre de la Tierra en donde realmente se sentaron las bases para poner freno al deterioro medioambiental de la Tierra.



Entre sus asistentes destacan Maurice Strong, Al Gore, Mijail Gorbachov,Amadou Toumani Touré y Leonardo Boff entre otros y urgían a los gobiernos del mundo a tomar medidas eficaces acerca de la problemática del desarrollo sostenible. Entre sus propuestas destacan:

Maurice Strong
  • La declaración sobre los bosques
  • El convenio sobre la diversidad biológica
  • La necesidad de reducir la emisión de gases de invernadero, lo que terminó por concretarse en el Protocolo de Kyoto (1997)
  • El Programa 21, 21 medidas detalladas que se deben llevar a cabo para la protección medioambiental, a nivel local, regional o nacional por los países miembros de la ONU. 
A pesar de la gran emoción que suscito a nivel mundial en un primer momento, y de las cumbres de los años sucesivos y el éxito de la cumbre Johanesburgo en 2002 y la publicación de la Carta de la Tierra, las cosas en materia de degradación ambiental no han cambiado susceptiblemente. La gente sigue pensando que es solo problema de los gobernantes, ignorando así su responsabilidad;cuando todos podemos aportar nuestro grano de arena al problema. 

De hacerlo, y al darnos cuenta de que los gobernantes salen de la sociedad, es muy probable que avancemos en la dirección correcta para detener el problema. Estos problemas, la falta de voluntad de la gente y gobiernos debido a los escasos beneficios económicos a corto plazo de la concienciación ecológica, han hecho fracasar estas cumbres en la práctica una y otra vez.

 Para poner énfasis en esto, Gorbachov, en 2002, escribió un articulo publicado en Los Angeles Times y que no tuvo mucha difusión, pero que es perfectamente aplicable hoy en día. Aquí os lo transcribo:


Mijail Gorbachov
A diez años de la Cumbre de Río, el desarrollo sostenible aún es sólo una buena idea.

Durante y después de la Cumbre sobre Desarrollo y Medio Ambiente, celebrada en Río de Janeiro en 1992, percibí un abrumador clima de entusiasmo y esperanza por el futuro. Era un tiempo de optimismo y, en retrospectiva, de inocencia, ya que todo el mundo festejaba el fin de la Guerra Fría. Diez años después nos vemos rodeados por un clima diferente, de cinismo y, para muchos, de desesperación. Algo que difícilmente cause sorpresa, si se tiene en cuenta que el medio ambiente sigue deteriorándose a un ritmo alarmante, que la pobreza se agudiza tanto en los países subdesarrollados como en los que se encuentran en proceso de transición, que la seguridad disminuye y que los conflictos violentos y los ataques siguen marcando al mundo.

Y esto ni siquiera tiene en cuenta las nuevas realidades que enfrentamos en 2002. La mayoría de estos acontecimientos recientes están relacionados con el fenómeno de la globalización, con el hecho de que vivimos en un mundo sumamente interconectado, en donde el comercio, la contaminación, el crimen, las enfermedades y la comunicación no conocen fronteras.

La sed de la Tierra
La globalización trajo enormes beneficios a algunos y desastres a otros, en tanto que pasó totalmente por alto a muchos. Generó brechas aún más grandes entre los que tienen y los que no, los que tienen acceso a la información, la tecnología y los recursos naturales y los que no ejercen ninguna influencia en absoluto sobre los factores que afectan a sus vidas.

Normas dobles y el poder cada vez más desenfrenado de las grandes compañías multinacionales sirvieron para exacerbar esta tendencia. En lugar del "desarrollo sostenido" al que el mundo adhirió en el encuentro de Río, lo que vemos es un consumo insostenible conseguido mayormente a espaldas de los pobres y desposeídos y a expensas del medio ambiente.

¿Qué es lo que salió mal? ¿Qué es lo que falta? Aún en 1992, muchos de nosotros nos dimos cuenta de que toda la buena voluntad y promesas de la cumbre de Río se traducirían en nada, a menos que fueran acompañados por dos cosas: una investigación seria sobre los valores universales y códigos de ética y una abultada cantidad de dinero.

Junto con otros, participé de un diálogo internacional para la creación de un marco ético integrado para el desarrollo sostenido, que resultó en la Carta de la Tierra, difundida por primera vez en 2000. Con este texto, pretendimos llenar una brecha importante.

Desde la mera aparición de la civilización humana, las comunidades de todo el mundo crearon e impusieron códigos morales de conducta para que gobernaran la forma como se trataban entre sí. Quienes violan estos códigos son llevados ante la justicia. Se les pide también que indemnicen a las víctimas de sus acciones. Después de los horrores de las guerras mundiales, se creó la Declaración Universal de Derechos Humanos como forma de proteger a la población mundial de los daños. Ahora, el planeta en sí está en peligro y muchos de los principios éticos básicos que deberían protegerlo no se respetan.

Un área importante en donde el mundo se vino abajo porque las promesas de Río no se cumplieron es la del agua. Debiera ser visto como fuente de vergüenza universal el hecho de que 3 millones de niños morirán y otros millones más quedarán ciegos este año como resultado de enfermedades relacionadas con el agua que pueden prevenirse; que más de mil millones de niños no tengan acceso a agua potable; que casi 3 mil millones no cuenten con los medios para una higiene adecuada; y que imprudentemente sigamos contaminando y explotando las fuentes naturales de agua fresca en todo el mundo.

El agua es el ingrediente más importante para el desarrollo y la estabilidad. Sin acceso a un suministro de agua básico, uno se ve expuesto a sufrir enfermedades, pobreza, degradación ambiental y hasta conflictos.

El buen gobierno, si bien no es esencial, no basta para lidiar con todos estos temas. Naciones Unidas lanzó la Promesa del Milenio para reducir para 2015 a la mitad la cantidad de gente en el mundo sin acceso a buenos servicios sanitarios y de provisión de agua. Para lograr esto, se necesitarán unos 23 mil millones de dólares anuales. El acceso a una provisión adecuada de agua potable para las necesidades básicas humanas es un derecho humano universal y es responsabilidad de todos que se cumpla con esta promesa.

Será una tarea difícil si se tiene en cuenta que los niveles de Asistencia Oficial para el Desarrollo (AOD) —que ayudaron a financiar proyectos de infraestructura— llegaron el año pasado a su nivel más bajo en 20 años, 53.100 millones de dólares. En la Cumbre de la Tierra, los líderes de los países desarrollados prometieron aumentar su AOD al 0,7 por ciento de sus PBI. Pero sólo cinco naciones cumplieron con su promesa (Dinamarca, Suecia, Noruega, Holanda y Luxemburgo) mientras que las otras recortaron o congelaron sus contribuciones. El porcentaje de la OCDE (Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económico) asciende a un lastimoso 0,39 por ciento.

Los países del Norte deberían insistir para que se revierta esta tendencia y para que sus naciones respeten sus responsabilidades internacionales. El hecho de que el presidente estadounidense George Bush haya decidido aumentar el presupuesto de ayuda al desarrollo en 5.000 millones de dólares es, tal vez, una pequeña pero promisoria señal.

Además de insistir para que las naciones en vías de desarrollo paguen sus asfixiantes deudas externas, los países ricos no deberían olvidar las enormes deudas ecológicas que están acumulando a través del consumo excesivo, en especial, los cambios climáticos evidentes ya, causados por políticas energéticas irresponsables. Sería ingenuo imaginar que nuestra prosperidad continuará o que podremos alcanzar algún grado de seguridad global sin cumplir con estos objetivos. Una de las lecciones más importantes que dejaron los ataques terroristas del 11 de setiembre es que vivimos en un solo mundo y nadie puede darse el lujo de ignorar los problemas de los otros, independientemente de lo lejos que vivan.

No cabe duda de que sólo la globalización que abarque a todos y esté basada en un desarrollo sostenido, es la que funcionará. El camino actual sólo traerá resentimiento, desesperación y, sin duda alguna, más violencia.

Mijail Gorbachov. Ultimo Presidente de la Unión Soviética.

La próxima entrada sobre ecología me centrare en el paradigma actual de solo citar al cambio climático como el mayor (cuando no único) problema ecológico y olvidarse de la degradación del medio en general y de la contaminación de agua, mares y suelo en particular.

Un saludo

jueves, 16 de octubre de 2014

Radioactividad

Después de 6 meses vuelvo a escribir aquí, hoy sobre física. Voy a hablaros de la radiactividad, y el porque algunos átomos son radiactivos y desprenden partículas y radiación de forma espontánea.

La materia está compuesta por átomos, como seguro todos sabéis, y a su vez, los átonos se componen de un núcleo compuesto por protones y neutrones, y una corteza a su alrededor que contiene exclusivamente electrones.

El número de protones que posee un átomo se conoce como número atómico y se designa con la letra Z y el número de neutrones como número másico, que se escribe con la letra A


Tabla Periódica de los elementos

En la naturaleza existen 92 elementos químicos. Los distintos elementos químicos se caracterizan por el número de protones que contienen en el núcleo atómico: 1 para el Hidrógeno, 2 para el Helio, etc. Además, cada elemento tiene varias Isótopos en función del número de neutrones que tenga.  Hay átomos de carbono ( Z=6) que tienen 6 neutrones (Carbono -12), otros que tienen 7 neutrones (Carbono-13), y otros que tienen 8 (Carbono-14).

Isótopos del hidrógeno

Los núcleos atómicos son estables en función del número de protones y neutrones que poseen en el grupo. Los átomos con pocos protones son estables cuando tienen un numero parecido de protones que de neutrones, mientras que los átomos más pesados necesitan mas neutrones para estabilizar el núcleo.

De los aproximadamente 2500 isótopos que se conocen, solo 264 son estables. El resto son inestables, que no pueden permanecer mucho tiempo en ese estado, y sufren transformaciones para alcanzar otras formas más estables. A estes isótopos se les conoce como radionucleidos. Ahora vamos con un poco de historia.



Diagrama de Segre, que nos dice que isótopos son estables y cuales inestables


En 1896 Henri Becquerel, un físico francés, descubrió que las sales de uranio velaban las placas fotográficas en habitaciones oscuras, incluso colocando entre las sales papeles, cartón o otras barreras que la luz ordinaria no podía atravesar. Esto llevo a Becquerel a pensar que los átomos de uranio emitían una radiación que podía atravesar objetos como lo habían hecho los rayos X de Roentgen unos años antes.

Becquerel siguió investigando, y llegó a la conclusión de que la emisión de radiación no estaba alterada por la temperatura, la presión o la forma química del uranio a estudiar.

En 1898, Marie Curie descubrió en el mineral pechblenda un nuevo elemento que era mucho mas radiactivo que el uranio,  el radio y se dio cuenta de que la cantidad de radiación emitida dependía de la cantidad de sustancia radiactiva que se dispusiese. En 1911, Ernest Rutherford propuso que la radiactividad provenía del núcleo atómico, y demostró que la radiactividad podía arrancar electrones de los atomos y cargar el aire eléctricamente. También clasificó la desintegración radiactiva en 3 tipos: Alpha, Beta y Gamma, que describiré en otra entrada posterior.

Es interesante decir que estos pioneros de la radioactividad, no conocían los negativos efectos para la salud de la radioactividad, y en algunos de ellos, como Marie Curie, provocó su muerte.

Como conclusión,son radiactivas las sustancias que no presentan un balance correcto entre protones y neutrones. Cuando el número de neutrones es excesivo o demasiado pequeño, las fuerzas nucleares son incapaces de mantener los núcleos atómicos unidos, lo que les lleva a emitir partículas y radiación.

Desintegración Radiactiva


Y esto es todo por hoy, espero que os haya gustado. En un par de semanas habrá otra entrada que completara esta. La desintegración radiactiva.





sábado, 5 de abril de 2014

Acciones en el litoral y defensa de la costa

Al final de cada invierno en la ciudad de A Coruña, siempre es portada la destrucción que han causado los temporales en las construcciones próximas a la costa.


Temporal en A Coruña
La gente de la calle siempre se pregunta: ¿Es que no podemos hacer nada para evitar estos daños? Y es que no nos damos cuentas de que el mar siempre tiende a reclamar lo que una vez fue suyo, y eso incluye los muchos paseos marítimos ganados al mar en el último siglo.

Bien, y ya que la estructura ya esta construída, no podemos protegerlo de alguna manera? Si, claro que hay maneras de protegerlo. Algunas nos dió la idea el propio medio natural y otras son grandes estructuras que atentan contra este último buscando un bien mayor.

El mar, un medio dinámico

La mayor parte de las playas que no sufren la presión del ser humano están en un equilibrio dinámico. Pierden arena en invierno, cuando los temporales se la llevan a la playa sumergida, y la ganan de nuevo en verano, al tener oleajes menos fuertes que tienden a traer la arena de nuevo a la playa. También un oleaje no perpendicular a la línea de costa tendera a transportar la arena longitudinalmente a lo largo de la misma.

Transporte litoral

 En ocasiones, el ser humano necesita realizar actuaciones en el litoral que alteran este equilibrio dinámico, y su resultado final puede ser desagradable para nosotros (aumento de la erosión en una playa, acumulación de arena en las entradas de los puertos...), y para eso realiza una serie de actuaciones que tienen siempre consecuencias positivas y negativas. En esta entrada describiré 3 de las diferentes soluciones que se pueden abarcar en estas situaciones.

Aumentar la superficie de la playa

Relleno de la playa de la Magdalena
La solución consiste en verter en la playa una determinada cantidad de arena (a poder ser de las mismas propiedades que la original). Con esto se consiguen los siguientes efectos:
  • Al haber mayor cantidad de arena, el oleaje romperá mas lejos del borde costero, reduciendo su energía y causando menores daños.
  • Es una solución que en principio no causa muchos estragos al medioambiente litoral.
  • Se aumenta la superficie de playa que puede ser aprovechada por las personas para distintos usos.

Esta solución también entraña algunos problemas:
  • En la mayor parte de los casos, los procesos litorales que estaban ocurriendo (erosión, por ejemplo) seguirán ocurriendo, con lo que no se soluciona permanentemente el problema.
  • Compromiso en el tamaño de la arena:
    • Arena fina: Mayor comodidad para los bañistas, pero mayor velocidad de erosión y de pérdida
    • Arena gruesa: Mayor resistencia a la erosión, pero incómoda para los usuarios. 
  • La playa siempre tendera a volver a su estado de equilibrio
En conclusión, el relleno es una solución adecuada para solución total o parcial de problemas de erosión, pero conlleva el problema de que el público en general puede no entender que el grosor mayor de la arena tiene un motivo o que la pérdida y entrada de arena es natural por los procesos costeros. De todas maneras se usa con éxito en muchas ocasiones y combinado con la revegetación dunar puede recuperar el buen estado ecológico de las playas.


Los espigones



Los espigones son estructuras rígidas, construidas casi siempre con escollera (bloques de piedra de gran tamaño), que se colocan perpendicularmente a la costa. En ocasiones se confunden con los diques, pero los diques son estructuras que su misión es disipar la energía del oleaje, mientras que las de los espigones es interferir en el transporte de arena en la costa

Al tener esta orientación, los espigones interceptan el transporte longitudinal de la arena de la zona, protegen las playas de la erosión y pueden llegar a crear verdaderas playas en donde antes no existían. Su construcción tiene una importante afectación en la costa de la zona, alterando los procesos de erosión y sedimentación. Al detener el transporte longitudinal, crean erosión a su espalda. Tienen las siguientes características:

Erosión /Acreeción en un espigón
  • Estructura rígida, que no tiene porque ser temporal, con gran afección en su zona de influencia
  • Destruye el medio ambiente marino sobre el que se apoya
  • Interrumpe casi totalmente los procesos de transporte longitudinal de arena en su entorno
  • Puede crear playas nuevas
  • El resultado que tendrá una vez construido no siempre es conocido de antemano
  • Su uso es mas efectivo si se colocan en grupo (campos de espigones)
  • Altera totalmente los procesos litorales de su entorno
  • Provocan acreción de arena aguas arriba y erosión aguas abajo
  • Impide satisfatoriamente la erosión de playas existentes si esta correctamente calculado
  • Se suelen combinar con diques exentos (que no están unidos a la costa)
  • La erosión puede hacer que queden aislados de la costa y pierdan su utilidad
  • El oleaje puede rebasarlos sin causar daños
  • Gran impacto visual

Campo de espigones


Diques sumergidos

Los diques sumergidos se están empleando satisfactoriamente en la regeneración de playas desde hace 2 décadas. Consisten en una estructura rígida, normalmente de escollera o hormigón, que se coloca a una cierta distancia de la linea de costa. Se basan en que el oleaje rompe cuando ocurre que la relación:

h / d > 0,8

Siendo h la altura de ola y d la profundidad. Es decir, que a mayor altura de ola y menor profundidad, mayor probabilidad de rotura del oleaje. Los diques sumergidos provocan un "escalón" al paso del oleaje, forzando su rotura antes de tiempo, perdiendo energía y provocando menores daños al llegar a la costa.

Como es el oleaje el factor más importante en los daños a estructuras y la erosión de las playas, los diques sumergidos son una buena solución para la protección litoral, y a eso hay que añadirles que se proyectan para que esten sumergidos y no provoquen impacto visual (aunque también destruirían toda la fauna y flora del fondo marino en el que se asientan) pero tienen problemas de aplicación en lugares donde la carrera de marea (diferencia de nivel del mar en bajamar y en pleamar) es muy grande, como en Galicia por ejemplo. El problema es el siguiente:

Si diseñamos el dique para que no se vea cuando hay marea baja, en momentos de marea alta las olas pasaran por el dique "sin enterarse", no les provocará la rotura y llegarán a la costa con la misma energía (los grandes daños siempre ocurren cuando conciden los temporales con marea alta) no cumpliendo su función

Si lo diseñamos para cuando haya marea alta, durante gran parte del tiempo será visible, y debido a la forma y el tamaño de la estructura, provocaría un fuerte impacto visual como se aprecia en la imagen

Dique "sumergido"

Y esto es todo por hoy. Tambien son de mencionar otros medios de protección como los campos de posidonia, los diques rompeolas o los diques flotantes y exentos, pero eso ya os toca a vosotros investigarlo.

Un saludo!


miércoles, 2 de abril de 2014

Introducción a la integración




Hoy hablaremos de una de las ramas de las matemáticas mas temidas por los estudiantes, pero no desde el punto de vista académico, ya que la gente que las estudia en el instituto las ven como una herramienta que no tiene ningún valor en la vida real, cuando realmente no es así. Las integrales están en todas partes, y intentare introducirlas a partir de la resolución de los problemas de movimiento de vehiculos.






Coche con velocidad constante

Imaginemos que tenemos un coche, que se mueve a velocidad constante, 30 kilómetros por hora por ejemplo. Imaginemos también que queremos calcular cuantos kilometros es capaz de recorrer el coche entre la 2º y 4º horas de viaje. La cuenta es bien sencilla, ya que como es sabido por todos, el espacio recorrido (S) por un objeto que se mueve a velocidad (V) constante en un tiempo (T) se calcula:

S = V * T = 30 * 2 = 60 Km


Y obtendriamos que ha recorrido 60 kilómetros. Si se nos ocurriese representar en una gráfica la velocidad de ese coche con respecto del tiempo, obtendriamos algo así:


Si nos damos cuenta, tambien podriamos haber calculado la distancia recorrida calculando el área bajo la recta entre las horas 2º y 4º de esta forma:

Ya que si nos damos cuenta, es un rectángulo de base 4-2 =2 y altura 30-0 = 30. Por tanto su área es:

Área = Espacio recorrido = 2 * 30 = 60 Km

Lo mismo que obteniamos anteriormente!


 La velocidad se vuelve función del tiempo

Ahora compliquemos ligeramente el problema. Imaginemos que en vez de a velocidad constante, el conductor del coche decide ir aumentando su velocidad progresivamente según el siguiente gráfico:


Al no ser la velocidad constante, no nos vale la fórmula que utilizamos anteriormente ya que V ahora cambia con el tiempo (es decir es función del tiempo), y la llamaremos V(t). Pero podemos aproximarnos a la solución correcta si dibujamos rectángulos cada 15 minutos entre las horas 2 y 4 del viaje, por ejemplo, y calculando su área total, de la siguiente manera. (Como la he dibujado yo mismo, los rectangulos no han quedado todos del mismo ancho, pero esa era la intención)



Entonces, calculariamos el espacio recorrido entre la 2º y la 4º hora con una aproximación "razonable" de la siguiente forma:

S =  1/4 de hora * ( V(2 horas) + V(2 horas y 15 minutos) + V ( 2 horas y media) + .......+V (3 horas 45 minutos) )

Siendo 1/4 de hora la base de todos los rectangulos y la V(t) la altura de cada uno de ellos.

Parece razonable que cuanto más pequeños sean los rectángulos, mayor precisión obtendremos. Entonces, igual que hicimos cuando describimos la derivada, haremos un ejercicio de abstracción.

Imaginemos que reducimos la base de los rectángulos a una minúscula fracción de tiempo, una fracción infinitamente pequeña (infinitesimal) de tiempo, una milmillonesima de segundo o menos aún. Nosotros la llamaremos diferencial de tiempo o dt.

De ser asi la base del rectángulo, habría infinitos rectángulos entre las 2 y las 4 horas, y la altura de cada rectángulo sería la velocidad del automóvil en ese momento del tiempo concreto. Usando un intervalo de tiempo infinitesimal, obtendremos no una aproximación, si no el valor exacto de esas áreas, y por tanto, del espacio recorrido. Lo hariamos así:

S = V(2+dt)*dt + V(2+2*dt)*dt + V(2+3*dt)*dt ......+ V(4)dt

A esta suma de infinitos rectángulos infinitesimales se la suele escribir de la siguiente forma:

        4
S = ∫2  V(t) *dt

El símbolo es el que utilizamos para las integrales. El 4 y el 2, arriba y abajo respectivamente del símbolo de la integral, indica que la suma infinita de rectangulitos se realiza entre tiempo = 2 horas y tiempo = 4 horas. En la práctica, el simbolo dt se utiliza para remarcar la variable sobre la que estamos integrando.

Para poder calcular el valor del espacio recorrido y resolver asi la integral, tendríamos que conocer que tipo de función es V(t), si no, simplemente podemos indicarlo tal como esta escrito más arriba. Asimismo, no todas las funciones son integrables igual que todas las funciones no son derivables. En esta pequeña introducción no me metere con como se calculan las integrales, pero si hablaré de un teorema muy importante que tiene en la integral a su protagonista.

El teorema fundamental del Cálculo

El teorema fundamental del cálculo nos dice, en jerga no muy purista, que:

"Sea F(x) una función continua y derivable, y sea f(x) su función derivada, entonces, si f(x) es integrable, se cumple que:

F(x) = f (x) dx "

En pocas palabras, dice que la integral de la derivada de una función es esa misma función, o lo que es lo mismo, y la idea fundamental del teorema, que la derivación y la integración son procesos inversos, como lo son el producto y la división. Esto tuvo consecuencias tremendas en los momentos en que se descubrió esta relación. Con esto quedaban resueltos los problemas del movimiento de los cuerpos para velocidades y aceleraciones que variaban con el tiempo, y a partir de ahi, se usaron como herramientas básicas en todos los campos de la física. Os dejo al final del post un video que trata de explicar el teorema fundamental del calculo y también alguna noción de la regla de Barrow, también llamada segundo teorema fundamental del cálculo.


Espero que os haya gustado, a pesar de que era una entrada dura con pocas imagenes. Aprovecho para pedir disculpas por la baja calidad de los dibujos, están hechos con la mejor intención.

Vídeo del teorema fundamental del cálculo







viernes, 28 de marzo de 2014

Las leyes de la mecánica de Newton

En esta entrada, hablaremos de las 3 leyes del movimiento de Newton y su aplicación en la vida ordinaria, asi como del concepto de inercia, que es un concepto dificil de "ver" con facilidad, empezamos:

Principia Mathematica, el libro en el que Newton explicó su mecánica entre otras cosas
 Con las tres leyes de Newton y poquito más, podemos explicar la mayor parte de los problemas de mecánica en el mundo ordinario. A pesar de que a principios del siglo XX se vio superada por la mecánica de Einstein para lo muy grande y la cuántica en lo muy pequeño, la mecánica newtoniana es la que se sigue utilizando y explicando en la mayoria de las escuelas de ingeniería del mundo, debido a que para esas escalas, no da problemas sustanciales. Estas leyes forman, entre otras, lo que se conoce como Mecánica Clásica, en contraposición a las otras mecánicas ya mencionadas.

Primera ley de Newton: La ley de Inercia

La ley de inercia dice:

"Todo cuerpo preserva su estado de movimiento uniforme y rectilíneo o reposo a no ser que sea obligado a cambiar ese estado por  fuerzas que actúen sobre él"

Ley de la inercia

Se entiende que las fuerzas que actúan sobre el cuerpo no deben anularse entre sí. Este principio parece no funcionar en la vida ordinaria si no se tiene en cuenta el rozamiento de los cuerpos al moverse sobre otras superficies o fluidos.

De la ley anterior, definimos la inercia mecánica como la tendencia de un cuerpo a mantener su estado de moviento o reposo. Dentro del concepto de inercia mecánica subyacen dos: la masa inercial, de gran importancia en las bases de la teoría de la relatividad y que no describiremos aqui, y la inercia rotacional.

La inercia rotacional es una medida de la dificultad que opone un cuerpo a adquirir una aceleración rotatoria. Se mide con la magnitud física conocida como el momento de inercia, y depende de la forma del cuerpo respecto del eje sobre el que pretenda girar y de la dirección del propio eje. La siguiente imagen intenta expresar como 4 cuerpos de igual masa se aceleran de forma diferente debido a que su inercia es distinta.

"Carrera" entre momentos de inercia


Segunda ley de Newton: La ley de fuerza

Una fuerza es toda acción capaz de variar el estado de movimiento de un cuerpo o su forma. La fuerza es un vector (ya explicado en una entrada anterior), y como tal siempre tiene una dirección, una intensidad y un sentido.

La segunda ley de Newton nos dice:

"El cambio de movimiento es proporcional a la fuerza motriz impresa y ocurre según la línea recta a lo largo de la cual aquella fuerza se imprime."

En pocas palabras, tras trilear un poco con ciertas magnitudes relacionadas con el movimiento que describiré en otra entrada ( cantidad de movimiento (P)) , se obtiene la siguiente ecuación, una de las más importantes de la mecánica clásica:

 ∑ F = m * a

Esta ecuación nos dice que la suma ( que es lo que significa la letra ∑, la suma de todos...) las fuerzas que actuan en un sistema es igual al producto de la masa por la aceleración.

A la suma de fuerzas que actúan en un sistema se le conoce con el nombre de resultante o fuerza resultante. Como detalle añadiré que esta ecuación es absolutamente crucial en temas de estructuras, ya que la teoría de estructuras parte de las leyes de la estática, y éstas a su vez de igualar a 0 la suma de fuerzas que actúan en el sistema.


Tercera ley de Newton: El principio de acción-reacción

 Esto es lo que dice el principio de acción reacción:

"Con toda acción ocurre siempre una reacción igual y contraria: quiere decir que las acciones mutuas de dos cuerpos siempre son iguales y dirigidas en sentido opuesto."

Principio de acción-reacción



Estamos cansados de ver pruebas del funcionamiento de este principio. Un arma que dispara provoca un retroceso en el tirador, el empujar hacia abajo gases a gran velocidad hace que un cohete se eleve.... 

Este principio es de aplicación en casi todos los campos de la física. Por relacionarlo un poco con la rama de la física que yo estudio, las fuerzas que tienen que realizar los apoyos de una viga para que esta no se caiga son reacciones a las acciones (los pesos de los materiales que tienen encima, etc) que se aplican sobre la viga.

Viga sometida a una acción F, apoyada en dos puntos, que reaccionan con las fuerzas Ra y Rb


Una pregunta que en ocasiones viene a la mente cuando se estudia esta ley es: ¿ Si cada acción provoca una reacción igual y de sentido contrario, como es que ambas no se anulan mutuamente ? La respues es porque actuan sobre cuerpos distintos!


Y esto es todo por hoy. Concluimos esta brevísima explicación de las tres leyes de Newton. La próxima actualización será de matemáticas.

Un saludo!