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Ayuda para simulación de modelos matematicos y fisicos
Tipo: Apuntes
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La Física trata de describir los distintos comportamientos que encontramos en la naturaleza con el fin de analizarla y describirla. Desde Galileo Galilei en adelante, sus conclusiones se basan en los resultados que obtiene a través de la experimentación, de allí que la Física es una ciencia netamente experimental. Realizando experimentos se realizan mediciones de distintas magnitudes físicas y luego se analizan los resultados obtenidos para tratar de modelizar esos resultados. El lenguaje que se utiliza para desarrollar el modelo de la naturaleza es el lenguaje matemático, y de esta forma se desarrolla una teoría que describe el comportamiento de la naturaleza. Con este modelo se pueden reproducir los resultados obtenidos en los experimentos, dándole fortaleza al modelo, y también se puede llegar a predecir resultados no medidos. Cuando estas predicciones son medidas experimentalmente en la naturaleza, las teorías y modelos ganan fortaleza y son aceptadas como buenos modelos de la realidad. Si, por el contrario, la naturaleza contradice un resultado de una teoría, la teoría debe ser reformulada, corregida o desechada por una nueva, ya que quien tiene siempre la última palabra es la naturaleza. Por cientos de años los modelos desarrollados por Newton han sido confirmados para el movimiento de los cuerpos en escalas macroscópicas y a pequeñas velocidades. Sin embargo, para poder desarrollar estos modelos y teorías, Newton necesitó inventar toda una nueva rama de la matemática que se conoce como cálculo diferencial e integral y que suele estudiarse en la universidad. Sin embargo, con la ayuda y la potencia de los nuevos ordenadores se pueden resolver problemas avanzados del movimiento de los cuerpos utilizando solamente las definiciones básicas de posición, velocidad y aceleración. El objetivo de este material es utilizar el software de las netbooks para resolver problemas tradicionales de enseñanza media y también poder encontrar las soluciones a problemas que no se pueden resolver con lápiz y papel o en el pizarrón y sí con la potencia de cálculo de un computador. Se utiliza software libre, Modellus tiene una interfaz gráfica y ya preparada para resolver problemas de evolución temporal. Por esta razón, aunque el primero es más difícil de programar, sus resoluciones son más rápidas. Se analizarán problemas sencillos de MRU y MRUV como también se resolverán problemas avanzados, cómo se puede llegar a resolver un péndulo, un resorte o incluir el rozamiento con el aire, y hasta el problema de un planeta orbitando alrededor del Sol. SOFTWARE MODELLUS Modellus es un software de modelamiento para uso en enseñanza-aprendizaje de Ciencias y Matemáticas. Se utiliza para hacer una modelización en el ordenador, de cara a permitir una creación sencilla y muy intuitiva de modelos matemáticos solamente con recurso a una notación matemática estándar, por permitir la creación de animaciones con objetos interactivos que, con propiedades matemáticas expresadas en el modelo, de cara a permitir la explotación de múltiples representaciones, pero también permitir el análisis de datos experimentales con la forma de imágenes, animaciones, gráficos e tablas. ANTECEDENTES
Con la inserción de las nuevas tecnologías de información y comunicación en el campo de la educación se han desarrollado diversos softwares orientados, principalmente, a elaborar presentaciones multimedia les que sirvan de apoyo a los procesos de enseñanzas y aprendizajes en diferentes asignaturas o áreas del conocimiento. En algunos casos y ante la dificultad histórica que determinados aprendizajes han presentados, se han desarrollado software de aplicación específica; tal es el caso de la área de la ciencias, en especial de la física, que cuenta con algunos recursos informáticos que han sido creado con la intención de facilitar del conocimiento por parte del estudiante. Descargar e instalar Ingrese en la pagina https://modellus-x.software.informer.com/download/ Use el CD para instalar versiones de 32 bit Abrirlo y darle click en ejecutar y darle next a todo INSTALACION DEL SOFTWARE Para instalar Modellus es necesario disponer de una computadora compatible CON EL SOFTWARE cuya configuración mínima será:
5to paso Seguimos dando siguiente 6to paso Se nos instala rápidamente 7mo paso final del proceso de instalación
Reconocimiento del programa Al ingresar a ModellusX vas a encontrar 4 mini-ventanas Modelo Matemático, Grafico, Tabla y Notas y un espacio en blanco restante que llamaremos zona de montaje , los cuales usaremos de la siguiente forma: Modelo Matemático: Aquí es donde digitamos las ecuaciones matemáticas Gráfico: Sirve para ver el comportamiento de alguna variable respecto al tiempo Tabla : muestra los datos obtenidos en el tiempo para las variables involucradas, como el avance horizontal “X”, la altura del objeto “Y” o la velocidad del objeto “V”. Notas: Aquí copiaremos el enunciado del problema. Zona de montaje: en el espacio restante realizaremos el montaje Las mini-ventanas se pueden minimizar mientras se hace el montaje del modelo Realización del montaje Las herramientas del programa que se encuentran encerradas por el ovalo rojo las vamos a usar constantemente.
Paso 4: Vamos a insertar las imágenes que le proporcionaran mayor realidad a la situación. Debemos entonces tener las imágenes guardadas en el equipo (se sugiere en el escritorio) Nos dirigimos de nuevo a objetos, y le damos click en imagen y click en cualquier punto de la zona de montaje. Seleccionamos la imagen deseada y le damos click en abrir e inmediatamente se inserta la imagen. Podemos insertar las imágenes que se deseen, estas se pueden mover con click sostenido y el tamaño se puede cambiar con coordenadas (ovalo verde), la coordenada de arriba indica el tamaño horizontal y el de abajo vertical. Se deben insertar primero las imágenes pequeñas y luego las más grandes que van quedando de fondo (en este ejemplo se insertó primero el proyectil luego el cañón y por último el paisaje). Paso 5: la simulación se realizara por 50 segundos, puedes cambiar ese tiempo y reducirlo o aumentarlo, yendo a variable independiente (ovalo rojo) y modificando el tiempo Max (ovalo verde) y digitando el tiempo que desees. También puedes modificar la velocidad del movimiento modificando el tiempo de paso (ovalo amarillo) Paso 6: En la parte inferior de la pantalla encuentras los iconos para controlar la simulación, en el ovalo rojo se encuentra el icono de play y pausa de la simulación, en el ovalo verde encuentra el icono de reinicio de la simulación y en el ovalo amarillo se puede visualizar el tiempo que lleva la simulación.
Además que también en el ovalo rojo, puedes después de ponerle pause, mover con las flechas paso a paso el movimiento. Adicionales Ampliar o reducir la simulación , cuando el lanzamiento es muy corto o muy largo debido a la velocidad inicial o al ángulo, entonces podemos modificar el tamaño de la simulación, primero señalando el objeto lanzado en la zona de montaje, luego vamos a animación y finalmente vamos a escala (ovalo rojo), escribir números más grandes que 1 para ampliar o menores que 1 para reducir. Tabla , usaremos de las herramientas la mini-ventana tabla, donde puedes visualizar los datos de las variables que desees en relación al tiempo, en el ovalo rojo seleccionas que variables quieres observar en la tabla, y en el ovalo negro aparecen cuando inicias la simulación. De allí puedes extraer datos que te ayuden a solucionar el problema. Indicador de nivel , consiste en una herramienta que aumenta o disminuye un parámetro como la velocidad inicial (vo) o el ángulo (a) fácilmente para la simulación y así encontrar un resultado por tanteo. Se encuentra en objetos y ahí le das click en indicador de nivel e inmediatamente lo ubicas en la zona de montaje, desde allí se manipula dicho parámetro.
Para calcular el cambio o variación de cualquier variable, se utiliza el operador «∆», que se obtiene presionando el botón respectivo en la parte superior de la ventana Modelo o presionando la tecla «∆». El argumento de «∆» es una variable, no una expresión. Para calcular tasas o razones de cambio o de variación, se divide el cambio de una variable por la variación de otra variable. Se pueden escribir ecuaciones interactivas en modelos normales: Cualquier ecuación con derivadas (es decir, ecuación diferencial del primer orden, P.L.) debe ser escrita como una tasa instantánea de variación igual a una expresión, variable o parámetro: Se pueden escribir ecuaciones con derivadas de derivadas escribiendo cada tasa instantánea de variación en líneas diferentes:
Funciones Descrpción sintaxis (ejemplo) sqrt() raiz cuadrada sqrt (2) sin() o sen() seno sin(2×π×f×t) cos() coseno cos (2×π×f×t) tan() tangente tan (5) see() secante sec (2) aresin() arco seno arcsin (0.5) arccos() arco coseno arccos (0.5) arctan() arco tangente arctan (0.5 ) in() logaritmo natural ln (5) log() logaritmo decimal log (10) rnd() numero aleatorio rnd (100) abs() modulo o valor absoluto abs (– 5) INSTRUCCIÓN DE CONTROL RECONOCIDAS EN LA VENTANA Instrucción (ejemplo) Instrucción if (t < 10) then ( α = 0.5) Si la variable t fuera menor que 10, la variable α es 0.5. Nótese que si no existe otra instrucción, la variable α será siempre 0. if (t > 10) then (α = 0.5) Si la variable t fuera mayor que 10, la variable α es 0. if (t <> 10) then (α = 0.2) Si la variable t fuera diferente de 10, la variable α es 0. if (t = = 10) then (α = 0.5) Cuando t es 10, α es 0.5. Nótese el doble igual, «= =» if (t >= 10) then (α = 0.2) Si la variable t fuera mayor o igual a 10, la variable α es 0. if (t <= 10) then ( α = 0.2) Si la variable t fuera menor o igual a 10, la variable α es 0.2. Nótese que si no existe otra instrucción, la variable α será siempre
if ((t > 10) and (r < 5)) then (α = 0.5) Si la variable t fuera mayor que 10 y la variable r fuera menor que 5, la variable α será 0. if ((t > 10) or (r < 5)) then (α = 0.5) Si la variable t fuera mayor que 10 o la variable r fuera menor que 5, la variable α será 0.