Ondas sismicas

Las ondas sísmicas son un tipo de onda elástica consistentes en la propagación de perturbaciones temporales del campo de esfuerzos que generan pequeños movimientos en un medio.

Las ondas sísmicas pueden ser generadas por movimientos telúricos naturales, los más grandes de los cuales pueden causar daños en zonas donde hay asentamientos urbanos. Existe toda una rama de la sismología que se encarga del estudio de este tipo de fenómenos físicos. Las ondas sísmicas pueden ser generadas también artificialmente mediante el empleo de explosivos o camiones vibradores (vibroseis). La sísmica es la rama de la sismología que estudia estas ondas artificiales por ejemplo la exploración del petróleo.

En un medio isótropo y homogéneo la velocidad de propagación de las ondas P es:








Ondas s

Las ondas S (SECUNDARIAS o SECUNDAE) son ondas en las cuales el desplazamiento es transversal a la dirección de propagación. Su velocidad es menor que la de las ondas primarias. Debido a ello, éstas aparecen en el terreno algo después que las primeras. Estas ondas son las que generan las oscilaciones durante el movimiento sísmico y las que producen la mayor parte de los daños.

La velocidad de propagación de las ondas S en medios isótropos y homogéneos depende del módulo de corte μ y de la densidad ρ del material.






Ondas Rayleigh

Las ondas Rayleigh, también denominadas ground roll, son ondas superficiales que producen un movimiento elíptico retrógrado del suelo. La existencia de estas ondas fue predicha por John William Strutt, Lord Rayleigh, en 1855 . Son ondas más lentas que las ondas de cuerpo y su velocidad de propagación es casi un 70% de la velocidad de las ondas S.

¿Por qué el cielo es azul?

Las manifestaciones de color del cielo se deben fundamentalmente a la interacción de la luz del sol con la atmósfera. La luz del sol es blanca, también llamada policromática (la suma de todos los colores del arco iris), y la atmósfera contiene una cierta cantidad de humedad, normalmente pequeña, así como partículas de polvo y ceniza.

Cuando un rayo de luz atraviesa un material, su dirección de propagación se desvía un cierto ángulo, que depende del tipo de material atravesado.

Los materiales transparentes se suelen caracterizar por un parámetro que se llama "índice de refracción", y su valor depende del color de la luz que atraviesa el material.

Así, al atravesar un material, cada color contenido en un haz de luz blanca se desviará un ángulo diferente, dando lugar a la conocida separación de la luz en varios colores detrás de un prisma.


Cada color contenido en la luz blanca se caracteriza por un número que se llama "longitud de onda". La desviación de los colores de la luz es máxima para los azules (con longitud de onda menor), es decir, son los colores que más cambian su dirección con respecto al rayo blanco inicial, y es mínima para los amarillos y los rojos (con longitud de onda mayor), que casi no son desviados.


Los rayos azules, una vez desviados, vuelven a chocar con otras partículas del aire, variando de nuevo su trayectoria. Realizan por tanto un recorrido en zigzag a través de la atmósfera, hasta llegar a nosotros. Es por eso que cuando llegan a nuestros ojos parece que llegan de todos los lugares del cielo. Los rayos amarillos no aparecen casi desviados y ésta es la razón de que el sol nos parezca amarillo.


Cuando el sol está muy bajo en el cielo sus rayos pasan a través de un gran espesor de aire y los rayos de luz interactuarán más veces con las partículas de la atmósfera. Los azules y los violetas son esparcidos hacia los lados con mayor fuerza que lo son los amarillos y los rojos, que continúan propagándose en la línea de visión del sol, formando esas magníficas puestas de sol en la Tierra.

Velocidad del sonido

La velocidad del sonido es la velocidad de propagación de las ondas sonoras, un tipo de ondas mecánicas longitudinales producido por variaciones de presión del medio. Estas variaciones de presión (captadas por el oído humano) producen en el cerebro la percepción del sonido. El sonido no se transporta por el vacío porque no hay átomos a través de las cuales transmitirse.

La velocidad del sonido varía dependiendo del medio a través del cual viajen las ondas sonoras.

La velocidad del sonido varía ante los cambios de temperatura del medio. Esto se debe a que un aumento de la temperatura se traduce en que aumenta la frecuencia con que se producen las interacciones entre las partículas que transportan la vibración y este aumento de actividad hace que aumente la velocidad.

En general, la velocidad del sonido es mayor en los sólidos que en los líquidos y en los líquidos es mayor que en los gases. Esto debido a la composición molecular o atómica de los estados de la materia.

La velocidad del sonido en el aire (a una temperatura de 20 °C) es de 344,2 m/s. Si deseamos obtener la equivalencia en kilómetros por hora podemos determinarlo mediante la siguiente conversión física:
Velocidad del sonido en el aire [km/hr) = (343m /1s)*(3600s/1hr)*(1km/1000m) Velocidad del sonido en el aire = 1.234,8 km/h.

En el aire, a 0 °C, el sonido viaja a una velocidad de 331 m/s y si sube en 1 °C la temperatura, la velocidad del sonido aumenta en 0,6 m/s.
En el agua (a 25 °C) es de 1.493 m/s.
En la madera es de 3.900 m/s.
En el hormigón es de 4.000 m/s.
En el acero es de 5.100 m/s.
En el aluminio es de 6.400 m/s.

¿Cómo navegan los Jets supersónicos?

En un jet supersónico se sobreenfría un gas rápidamente mediante una expansión adiabática a través de un pequeño orificio o tobera desde una zona de alta presión a otra zona de baja presión o alto vacío evitando que las moléculas condensen.

Las principales ventajas de estos sistemas son que producen muestras en estado gaseoso y a temperaturas muy bajas, del orden de pocos grados kelvin.

Uno de los factores que definen el flujo es el número de Mach que se define como la relación entre la velocidad del flujo y la velocidad local del sonido. En un gas ideal, la velocidad del sonido depende de la temperatura, y en estos sistemas en los que la temperatura es muy baja, la velocidad del sonido es baja y se pueden alcanzar números de Mach muy altos.

Si el número de Mach es igual o superior a 1 el flujo se denomina supersónico y por esta razón estos sistemas experimentales se denominan jet supersónicos, y no porque la velocidad sea muy alta.

En la expansión de un gas desde una zona de alta presión a una zona de alto vacío a través de una tobera el jet presenta la forma que se muestra en el siguiente esquema.

Las moléculas en el límite de la expansión chocan con las pocas moléculas presentes en la cámara de vacío formando las ondas de compresión, la barrera de choque en los laterales y el disco de Mach en el frente que protegen a las moléculas en el interior de la expansión de las interacciones con las moléculas de la cámara y por tanto, se pueden considerar como moléculas que se expanden en un vacío infinito. De esta manera, se forma la denominada zona de silencio en la que se alcanzan números de Mach muy altos y temperaturas muy bajas (del orden de pocos grados kelvin).

¿Qué es MACH?

El Número Mach (M), es una medida de velocidad relativa que se define como el cociente entre la velocidad de un objeto y la velocidad del sonido en el medio en que se mueve dicho objeto.

Es un número adimensional usado para describir la velocidad de los aviones. Mach 1 equivale a la velocidad del sonido. Propuesto por por el físico y filósofo austríaco Ernst Mach (1838-1916), como una manera sencilla de expresar la velocidad de un objeto con respecto a la velocidad del sonido.
La utilidad del número de mach reside en que permite expresar la velocidad de un objeto no de forma absoluta en km/h o m/s, sino tomando como referencia la velocidad del sonido, algo interesante desde el momento en que la velocidad del sonido cambia dependiendo de las condiciones de la atmósfera. Por ejemplo, cuanto mayor sea la altura sobre el nivel del mar. De esta manera, no es necesario saber la velocidad del sonido para saber si un avión que vuela a una velocidad dada la ha superado: basta con saber su número de mach.
Normalmente, las velocidades de vuelo se clasifican según su número de Mach en:

Subsónico M <>
Transónico 0,7 <>
Supersónico 1,2 <>
Hipersónico M > 5

¿Cómo funciona un Scramjet?

La idea básica de René Lorin era un tubo que mientras va absorbiendo aire lo comprime por la misma presión generada por su velocidad y el diseño aerodinámico del interior, entonces se le suministra un combustible que reacciona con el oxigeno y la combustión crea la expansión, el flujo, que impulsaba la nave. Un “simple” ciclo de compresión, combustión, y expansión que permite alcanzar altísimas velocidades, sin ninguna parte móvil necesaria para la compresión, y con un altísimo rendimiento. Siendo mecánicamente sencilla la mayor complejidad se encuentra en su diseño aerodinámico del que depende todo.


Ejemplo de un motor RamjetPodemos ver el diseño de un reactor ramjet, el aire entra a velocidades supersónicas por la boca del reactor, nada más entrar es necesario reducir su velocidad hasta niveles subsónicos por medio de difusión aerodinámica creada por el istmo y el difusor. El aire entra en la cámara de combustión y se mezcla con el combustible, prenden generando un flujo de salida que, si es mayor que el de entrada, impulsará la nave. Uno de los límites del ramjet es que hasta velocidades de mach 3 no funciona, por lo que necesita de otros propulsores para empezar a funcionar, pero también está limitado en velocidad máxima a Mach 6. Los propulsores ramjet no pueden superar este límite. El empuje deja de ser positivo, debido a la fricción generada por la desaceleración necesaria para la combustión, el aire llega tan caliente que no puede quemarse con el combustible. La única forma de evitar esto es no desacelerar el aire de entrada y es ahí donde entra el scramjet del X-43A.


Ejemplo de un motor ScramjetScramjet (supersonic combustión ramjet), tipo de reactor del X-43A, no reduce la velocidad del aire para su combustión, si no que esta se realiza a través de él. Es necesario realizar una combustión muy rápida, generalmente se usa hidrógeno, pero no crea el problema de la fricción y su velocidad límite está aún por ver, quizás mach 20. Es mecánicamente muy simple pero extremadamente complejo en aerodinámica como el ramjet sino más. Los tres ejemplares, con pequeñas diferencias cada uno, que se probaron en los ensayos del proyecto Hyper-X han sido los primeros scramjets de la historia de la aerodinámica, y todavía esta por ver todo su potencial.

¿Cómo funciona un helicóptero?

La aerodinámica del helicóptero es bastante más compleja que la del avión. La diferencia estriba en que en el primero las palas (equivalentes a las alas del avión) giran para proporcionar la sustentación que mantiene al helicóptero en el aire y, dependiendo de las condiciones de vuelo, la sustentación de cada pala varía grandemente. Por ejemplo, en un helicóptero de dos palas (rotor girando a izquierda) que esté volando a 50 Kts., la sustentación de la pala que está 90º a la derecha del morro suma estos 50 Kts. a su velocidad de giro, por lo que su sustentación será máxima. Por el contrario, la pala opuesta resta los 50 Kts. a su velocidad, siendo su sustentación mínima. Para evitar esta diferencia tan grande de sustentación, que haría volcar al helicóptero, se emplea un mecanismo que automáticamente reduce el ángulo de la pala que avanza y aumenta el de la que retrocede. Además de lo anterior, existen problemas añadidos, como el par de reacción ocasionado por el giro del rotor principal (por eso el rotor de cola se denomina también antipar). Si el rotor principal gira hacia la izquierda, el fuselaje de helicóptero tiende a girar hacia la derecha, tanto más cuanto mayor sea la potencia aplicada al rotor. Manejando el rotor de cola con los pedales, se contrarresta este giro, pero cada vez que se cambia la potencia, se ha de cambiar la posición de los pedales. La mayor parte de los helicópteros modernos tienen un sistema automático para conjugar el manejo los pedales con el del mando colectivo (potencia aplicada al rotor principal).

¿Cómo funciona un helicóptero?

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