jueves, 27 de agosto de 2009

Estudio de acordes para guitarra

OBJETIVO
A partir de las frecuencias de cada una de las notas de las cuerdas de la guitarra y de la forma de la suma de sus ondas, determinar cuales son los acordes que mejor suenan.


NOTAS DE LA GUITARRA
Lo primero que habrá que conocer son las notas que se pueden producir de forma independiente al pulsar con los dedos de la mano izquierda cada una de las cuerdas en las distintas posiciones del traste.


FUNDAMENTOS DEL SONIDO Y LAS ONDAS EN RELACION CON LA MUSICA
Para que un conjunto de notas suene bien será necesario que la suma de dichas ondas siga un periodo de repetición corto y sin muchos cambios de elevada amplitud en cada período.

Por ejemplo, al tocar simultaneamente dos notas de la misma escala un DO y un SOL (diferencia de 7 tonos), el período de repetición es de menos de 10 milisegundos; en cambio si tocamos simultaneamente un MI y un FA (diferencia de 1 tono), el periodo de repetición es mucho más largo (mas de 50 milisegundos) y además existirán muchos cambios de amplitud en cada periodo. Por esa razón un DO y un SOL siempre sonará mejor que un MI y un FA

Figura: Representación de dos notas con una diferencia
de 7 tonos DO(262Hz) -SOL (392Hz)


Figura: Representación de dos notas con una diferencia
de un tono MI(330Hz) -FA (349Hz)


ACORDES EN LA GUITARRA
En el caso de una guitarra, el número de notas que suenan simultaneamente no son 2 sino por lo general 4, 5 ó 6 (dependiendo del número de cuerdas que se toquen), por lo tanto será mucho más dificil encontrar periodos de repetición cortos.

Para calcular el período de repetición de varias ondas que suenan de forma simultanea, habrá que:

1- Saber que frecuencia tiene cada nota
2- Calcular el tiempo en milisegundos que tarda en hacer un perído completo cada nota (1/frecuencia *1000)
3- Calcular el m.c.m de todos los períodos de las notas que suenan simultaneamente.


DESARROLLO
Teniendo esto en cuenta y sabiendo que en una guitarra existen innumerables combinaciones de acordes diferentes, dependiendo de las posiciones de los dedos que seamos capaces de pulsar (algunos sonarán bien y otros no tanto), lo que voy a hacer será lo siguiente:

Simularé 10.000 combinaciones de los acordes en la sección comprendida entre el 1º y el 4º traste (para garantizar en la mayoria de los casos que sea posible tocarlos Ejm. Es fisicamente imposible tocar un acorde pulsando la posición del 1º traste con el dedo índice y la 19ª posición con el dedo anular), para posteriormente poder elegir las que tienen menor período de repetición, y finalmente escoger las que menor porcentaje tengan (luego lo explico)


RESULTADOS
Una vez simuladas las combinaciones de acordes pulsando 3 y 2 cuerdas, me quedaré con las que menor periodo de repetición tengan, y menor porcentaje que será la máxima diferencia de la frecuencia real de cada nota tras haber aplicado en m.c.m. (los mejores serán los que estén por debajo del 2% que será el límite del oido humano para percibir diferentes frecuencias)

Figura: Posición de los dedos sobre el traste
en las distintas cuerdas con acordes de 3 dedos


Figura: Posición de los dedos sobre el traste
en las distintas cuerdas con acordes de 2 dedos


CONCLUSIONES
Al tocar estos acordes en la guitarra combruebo que a porcentajes mayores y en los periodos de repetición más elevados, los acordes no son de tan buena calidad.

martes, 18 de agosto de 2009

Campo de vision desde un avión


OBJETIVOS
Determinar el campo de vision en una dirección desde un avión situado a una altura normal de vuelo, en condiciones atmosféricas ideales.


DESARROLLO
Partiendo de la base de que el factor limitante del campo visual es el radio de curvatura de la tierra, se necesitarán conocer los siguientes datos:

h= altura de vuelto del avión (10 Km)
r= radio terrestre (6.370Km)



Fig: Representación de los datos y variables sobre
una sección del globo terraqueo
Fig: Detalle del anterior gráfico


A partir de aquí ayudandose de la trigonometría se podrá calcular:

long= Distancia desde el avión al punto más lejano visible

long= raiz cuadrada de ((r+h)^2 - r^2)

alfa/2= ángulo con vertice en el centro de la tierra y extremos en la posición del avión y el punto más lejano del campo de visión de dicho avión.

alfa/2= Acos(r/(r+h))

Proy= Será la proyección sobre la tierra de la distancia desde el avión al límite del campo visual y corresponderá con la porción del arco de circumferencia representado en el gráfico anterior

Proy= 2 · pi · r · (alfa/2)/360


RESULTADOS
En el grafico siguiente se puede observar como varía el campo de visión a medida que el avión va cogiendo altura. Cuando llega a los 10Km, el campo de visión en una dirección (el que tendrá un pasajero mirando por una de las ventanillas) sera de 357Km.

Fig: Variación del campo de visión en una dirección
con la altura en la posicion de un pasajero


Si nos situásemos sobrevolando Madrid a una altura de 10.000m en dirección norte y en condiciones atmosféricas ideales, los pasajeros situados en las ventanillas derechas serían capaces de ver el mar mediterraneo casi en el límite; los pasajeros de la izquierda llegarían a ver Portugal, y el piloto (visión en dirección norte), seguramente no llegaría a ver el mar ya la cordillera cantábrica está situada muy cerca del mar y en esas condiciones limita mucho el campo de visión, pero si que vería muy bien dicha cordillera y parte de los pirineos (las montañas podrían verse más allá de los 357Km, dicha distancia dependería de la altitud de la montaña)

Fig: Campo de visión en todas direcciones desde
un avión sobrevolando Madrid a una altura de 10 Km

El porcentaje de la superficie terrestre que podría ver un pasajero en cualquier instante del vuelo sería del 0,89% (la mitad del campo visual total)

Si ascendemos hasta alturas de 10.000Km observaríamos que el campo visual tenderá a un límite (ver siguiente gráfico)

La proyección terrestre (Proy) aumenta a medida que aumenta la altura, pero nunca se puedrá llegar a ver más de la mitad del globo terraqueo, de ahí la tendencia de esta (linea azul) a frenarse, hasta una distancia de campo visua en una dirección de 10.000Km.

En cambio, la distancia desde el avión (Long) al límite de visión crecerá siempre que se aumente la altura


Fig: Variación de la proyección terrestre y la distancia
limite de visión desde el avión, en la posicion de un pasajero

El campo de visión aumentará de forma relativamente más rápida que la altura de ascenso hasta aproximadamente unos 1800Km de altura, a partir aquí el campo de visión comenzará a aumentar de forma más lenta hasta llegar casi a los 10.000Km, que será el máximo radio de campo visual alcanzable donde podría verse casi el 50% de la superficie de la tierra.


CONCLUSIONES
En el viaje de un avión a una altura normal de vuelo de 10Km, el radio del campo visual será de 357Km, pudiendo un pasajero situado en una de las ventanillas ver en cualquier instante hasta el 0,89% de la superficie total de la tierra.

A alturas muy elevadas, el radio de campo de vision comenzará a aumentar de forma más lenta hasta llegar al límite de 10.000Km, donde podría llegar a verse prácticamente el 50% de la superficie terrestre.

jueves, 13 de agosto de 2009

Estudio del tiempo de Usain Bolt en los Juegos de Pekin 2008


OBJETIVO

Determinar el tiempo que podría haber hecho Usain Bolt en la prueba de los 100 metros lisos en los Juegos Olímpicos de 2008 en las condiciones que se produjeron y si se hubiesen dado unas condiciones óptimas


DATOS:

Tiempo de reacción= 0,165 sg

Tiempo salida nula --> inferior a 0,100 sg

Tiempo al paso por los 50m --> 5,50 sg

Velocidad promedio entre 50-80m --> 43,906Km/h

Velocidad promedio entre 80-90m--> 43,373Km/h

Velocidad promedio entre 90-100m--> 40,000Km/h

A partir del metro 73 empieza a celebrar la victoria

Velocidad del viento --> 0,00 m/s


DESARROLO

Para comenzar, voy a dividir los últimos 50 metros de la carrera en tramos de 1 metro y analizar la velocidad en cada tramo para posteriormente calcular los tiempos y finalmente obtener los tiempos (Tiempo=Espacio/Velocidad)

El perfil de la velocidad está sacado a partir de los datos de velocidades en cada tramo, adaptados a una curva polinomial de grado 4.


Fig: Estimación del perfil de velocidad

entre los 50 y 100m


Una vez comprobado que tenemos bien ajustada la curva a todos los parámetros, modificamos la curva a partir de los 73m (momento en que empieza a celebrarlo), trazando una línea horizontal (suponiendo que mantiene la velocidad hasta el final)

Haciendo esto, podrémos llegar a saber cual hubiera sido el tiempo mínimo que podría haber alcanzado al llegar a meta, teniendo en cuenta que a partir de esa distancia (73m) es imposible seguir aumentando la velocidad

Según esto Usain Bolt podría haber hecho como mínimo un tiempo de 9,59sg

Fig: Estimación del perfil de velocidad

entre los 50 y 100m manteniendo velocidad


Pero en la realidad seguramente no hubiese sido capaz de aguantar el ritmo hasta el final, de hecho el haber conseguido mantener una velocidad promedio de 43,902Km/h durante un tramo de 30m (50-80m), ya es todo un logro que nadie había hecho antes . Por lo tanto lo más lógico es que hubiese bajado un poco el ritmo de ahí al final (73-100m)

Para intentar aproximar un poco más el tiempo final, he tomado como referencia la ultima pendiente de desaceleración (justo antes del metro 73), y la he extrapolado hasta el final.

De esta manera se conseguiría un tiempo más realista, que daría como resultado 9,61sg.

Fig: Estimación del perfil de velocidad

entre los 50 y 100m con disminución de velocidad


CONDICIONES ÓPTIMAS

Uno de los factores intrínsecos que anduvo en su contra y que evitó la obtención de una mejor marca, fue su tiempo de reacción en la salida, ya que fue el segundo más lento con 0,165sg.

Si tenemos en cuenta que el tiempo mínimo de reacción aceptado para no generar una salida nula es de 0,100sg, se podría afirmar que en el caso de haber hecho una salida perfecta podría haber rebajado 0,065sg (0,165sg-0,100sg) el tiempo conseguido en meta.

Otro de los factores, en este caso externo, que actuó en su contra, fue la velocidad del viento, que fue nula (0,0m/s), cuando en 9 de las 11 anteriores ocasiones que se superó el record, el viento sopló a favor, con lo que podría haber ganado alguna centésima más si se hubiese dado esta situación.

Fig: Últimos records mundiales

en 100 metros lisos


Por lo tanto partiendo del tiempo “realista”, calculado en el apartado anterior (9,61sg), suponiendo que hubiese realizado una salida perfecta, y que hubiese tenido el máximo viento legal a favor (+2,0m/s) potencialmente podría haber hecho un tiempo algunas centésimas inferior a 9,55sg (9,61-0,065sg, salida perfecta).


CONCLUSIONES

Teniendo en cuenta las condiciones que se produjeron durante la carrera correspondiente a la final de 100 metros lisos de Pekin 2008, Usain Bolt, podría haber marcado un tiempo mínimo de 9,59sg aunque teniendo en cuenta la dificultad de mantener esa velocidad hasta el final (50-100m prácticamente a 44Km/h), la marca más probable hubiese sido 9,61sg.

Si consideramos los otros factores que se produjeron en la carrera (tiempo de reacción alto y viento nulo), a partir del “tiempo realista” que pudo haber hecho en Pekin (9,61sg), llego a la conclusión de que el límite actual del Atleta Usain Bolt estaría entre 9,50-9,55sg, si se dan las condiciones ideales.


FUENTES

http://blas-atletismoyalgoms.blogspot.com/2008/10/1909-velocistas-y-futbolistas-los.html

http://www.altorendimiento.net/entrenamiento/velocidad-los-fundamentos-de-usain-bolt-para-conseguir-100m-diabolicos.html

http://www.geocities.com/clubcreyca/velocidad100.htm

http://www.efisioterapia.net/articulos/imprimir.php?id=371

http://lacomunidad.elpais.com/evelio35/tags/4x100

martes, 11 de agosto de 2009

Evolucion de la poblacion Española en los próximos 100 años


OBJETIVO
El objetivo de este análisis es estimar mediante simulación, la evolución actual de una población en españa y de acuerdo a esto, observar su progreso en los próximos años dependiendo del tipo de las variables influyentes en este caso.


PLANTEAMIENTO
Primeramente necesitaré determinar que varibles se deberán tener en cuenta.
Estas serán:

- Edad media de maternidad
- Numero de hijos por mujer
- Esperanza de vida
- Inmigración (Edad de inmigración, Numero de inmigrantes por año)

Edad media de maternidad: Como su nombre bien indica será la edad media a la que tienen hijos las mujeres. La tendencia que tiene esta variable es a aumentar con el paso de los años.
En este caso como voy a tratar una simulación, voy a considerar que la afluencia de inmigrantes sigue una distribución normal para lo cual también necesitaré asignar un valor a la desviación típica.


Numero de hijos por mujer: Es el número de hijos que tiene una mujer a lo largo de su vida.
En los ultimos años este valor ha ido disminuyendo como consecuencia de la dificultad de emancipación de los jóvenes, así como la tendencia por el acomodamiento y la resistencia a las complicaciones por parte de los españoles.
Por otra parte, con el continuo incremento de la inmigración, (sobre todo inmigrantes entre 26-36 años), y la distinta mentalidad de estos en lo relativo al número de integrantes de una familia, pueden generar en los próximos años una tendencia a incrementar dicho valor, si son capaces de contrarrestar la tendencia conservadora de los españoles.

Esperanza de vida: Este dato se refiere al valor promedio de la edad de fallecimiento de una persona, y se distingue entre hombres y mujeres.
La evolución de este dato en la historia ha evolucionado de forma espectacular, sobre todo por la disminución de la mortalidad infantil (baja mucho la media), mejora de la medicina, numero de hospitales, etc. Pero se prevee que el en futuro tienda a estabilizarse debido que la limitación biológica impide vivir más de una edad determinada. Se prevee que dicha limitación es de 110 y 104 años para mujer y hombre. Aun así para el año 2050 la esperanza de vida se estima en 91 y 87 años respectivamente.

Inmigración: Este dato tambien hay que tenerlo bastante en consideración debido al elevado incremento que está experimentando en los últimos años.
De todas formas pienso que estos movimientos migratorios tenderán a estabilizarse a corto plazo. En el caso contrario tomando como caso límite la densidad de población de Japón (336h/Km2), donde casi no tienen espacio ni para construir, tendríamos que una población límite para España sería aproximadamente de unos 170millones de habitantes.

La edad de inmigración también tiene gran importancia, debido a que no es lo mismo que los inmigrantes sean ancianos a que sean gente joven (mayor capacidad de procreación)


DESARROLLO
Para poder hacer una simulación partiendo de la realidad, necesitaré una pirámide de la población Española del último año.


Fig. Piramide de población Española 2008


Para poder crear la simulación, tendremos que caracterizar completamente cada una de las variables en función de la edad de cada individuo, aproximándolas a la realidad mediante distribuciones normales.

Edad media de maternidad: Para determinar esta variable me voy a basar en que casi la totalidad de las mujeres que viven en España tienen hijos entre 15 y 45 años, que la edad media de maternidad es de 30,9 años y que las mujeres extranjeras por lo general tienen una edad de maternidad más temprana. Por lo tanto para caracterízar esta variable asemejándola a una distribución normal, despues de haber hecho unos cálculos, tomaré como valor de la media 32,3años y desviación típica 6 para edad de maternidad Española y media 28,9 años y desviación típica 4,5 para edad de maternidad Extranjera

Fig. Distribución de la edad a la que las
mujeres tienen hijos

Numero de hijos por mujer: Actualmente el valor de esta variable es de 1,38 hijos/mujer. Se trata de una variable muy sensible, ya que hace variar fuertemente la cantidad de invidividos que habitan un determinada población. En lo referente a las mujeres extranjeras al igual que en la anterior variable, tambien tienen mayor cantidad de hijos a lo largo de su vida.

Esperanza de vida: Esta variable será la más compleja y estará caracterizada mediante:
-Una distribución normal para los fallecimientos a edades avanzadas:

Hombres: Media= 80años. Desviación típica= 80/12=6,7, para el año 2008
Mujeres: Media =83años. Desviación típica= 83/12= 6,9, para el año 2008

-Una distribución normal para edades más tempranas.
Hombres y mujeres: Media=57 (70% fallecimiento edad avanzada), Desviación típica =20, para el año 2008

-Un truncamiento de la distribución normal principal a edades avanzadas

El fin de tomar estas medidas es adaptar la edad media de todos los fallecimientos de la simulación a los datos reales.

Fig. Distribución de fallecimientos
de hombres y mujeres

Además de esto tambien he tendio en cuenta la evolucion de la esperanza de vida con el paso de los años, basándome en un estudio realizado en la universidad de Barcelona (ver fuentes).
De manera que en el transcurso de la simulación (paso de los años), la distribución de desplazamientos (figura anterior), se irá desplazando poco a poco hacia la derecha, como consecuencia del incremento de la esperanza de vida.


Fig. Curva de evolucion de la esperanza
de vida de hombres y mujeres



Inmigración: Partiendo del dato de que la mayor parte de los inmigrantes que vienen a España tienen tienen una edad comprendida entre 26 y 36 años, y teniendo en cuenta la distribución de inmigración por edades desde los años 1981 hasta 2008, he considerado crear una distribución normal con media 31 años y desviación típica de 10. Esto significará de cara a la Simulación que el 4% del total de inmigrantes tendrán 31 años (ver grafico), y a medida que se aumenta o disminuye la edad, el porcentaje será cada vez menor.

Fig. Distribución de la edad de llegada de
inmigrantes a España

En lo relativo a la inmigración, como es obvio, tambien hay que tener en cuenta la cantidad de inmigrantes que vienen a España de forma anual. Para ello me he basado en la evolución de los últimos años y he podido observar que la tendencia actual es de no seguir incrementándose pero con un alto índice de inestabilidad (Altibajos).


Fig. Evolución de la inmigración 1981-2008

En este caso como se trata de una variable difícil de preveer, aunque los expertos aseguran una tendencia de disminución del ritmo de llegada de inmigrantes. Por lo tanto para hacerse una idea mas clara de como evolucionaría la población voy a realizar tres simulaciones variando la tendencia de disminución de la inmigración.

-En la primera, supondré que que la inmigración seguirá produciendose de forma constante tomando como valor la mitad de la media anual de inmigrantes desde 2003 a 2008 (264.000 inmigrantes/año).


-En la segunda, crearé una curva en la cual la cantidad de inmigración disminuya de forma rápida.

Fig. Hipotesis de llegada de extrangeros
desde el año 2008 hasta el 2100

-En la tercera, estudiaré como evolucionaría la población española si a partir de 2009 no se produjesen inmigraciones.

RESULTADOS

Primera Simulación:
Hipótesis de inmigración anual constante

En terminos absolutos estos serían los resultados de esta simulación:

Habitantes de origen extranjero
6,3 millones en 2008
55,9 millones en 2100

41,2 millones de nacimientos entre 2008-2100
24,2 millones de inmigrantes entre 2008-2100
15,8 millones de fallecidos entre 2008-2100

Habitantes de origen nacional
41,1 millones en 2008
56,6 millones en 2100

59,8 millones de nacimientos entre 2008-2100
44,3 millones de fallecidos entre 2008-2100


Fig. Distribucion de la población en el año 2100
segun la hipótesis número 1

En el gráfico anterior se puede observar que la distribución de población extranjera en el año 2100 sería muy similar a la de origen nacional. La única diferencia apreciable sería una mayor distribución de niños extranjeros provocado por el flujo continuo de gente joven (inmigración anual constante) más proclive a la procreación.

Fig. Evolución del porcentaje de Extranjeros
según la hipótesis 1

En la gráfica anterior se puede observar que en 2100, el 50% de la población sería de origen extranjero, frente al 12% actual.



Fig. Evolución de los nacimientos anuales Nacionales
y extranjeros segun la hipótesis 1

Los nacimientos nacionales tendrían una tendencia creciente/oscilante en este período, mientras que los nacimientos extranjeros crecerían de forma espectacular hasta alcanzar los niveles nacionales en torno al año 2100.


Fig. Evolución de la población Nacional y
extranjera según la hipótesis 1

La población total en el año 2100 sería de 112,5 millones de habitantes repartida practicamente en la misma media por parte nacional y extranjera.

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Segunda Simulación:
Hipótesis de disminución de inmigración "rápida"

En terminos absolutos estos serían los resultados de esta simulación:

Habitantes de origen extranjero
6,3 millones en 2008
14,3 millones en 2100

15,1 millones de nacimientos entre 2008-2100
1,4 millones de inmigrantes entre 2008-2100 (99,9% entre 2008-2050)
8,5 millones de fallecidos entre 2008-2100

Habitantes de origen nacional (Siempre los mismos)
41,1 millones en 2008
56,6 millones en 2100

59,8 millones de nacimientos entre 2008-2100
44,3 millones de fallecidos entre 2008-2100

Fig. Distribucion de la población en el año 2100
segun la hipótesis número 3

La distribución de población sería bastante pareja, debido a que según esta hipótesis los inmigrantes habrían dejado de venir a España ya en el año 2050. Por lo que la distribución de la población con los años habria tendido a equipararse en proporción a las franjas de edad.

Fig. Evolución de los nacimientos anuales Nacionales
y extranjeros segun la hipótesis 2

Los nacimientos extranjeros deberían tener una ligera tendencia a incrementarse los primeros años (2008-2020), pero en la simulación no se puede observar como consecuencia de que ese peridodo coincide justamente con la oscilación periódica descendente, causada por las fuertes desigualdades de las franjas de edad que se podían ver ya en 2008 (Poca población nacida entre 1988-2008 y mucha población nacida entre 1968-1980 es la causante de este efecto, ver pirámide de población 2008).


Fig. Evolución de los nacimientos anuales Nacionales
y extranjeros segun la hipótesis 2

Bajo esta hipótesis la población extranjera sería el 23% del total de habitantes en 2100.


Fig. Evolución de la población Nacional y
extranjera según la hipótesis 2

La población nacional y extranjera evolucionarían prácticamente de forma paralela a partir de 2020 una vez disminuido considerablemente el número de inmigrantes.
La población Española total en 2100 según esta hipótesis sería de 70,9 millones de habitantes, de los cuales 56,6 serían de origen nacional y 14,4 de origen extranjero

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Tercera Simulación:
Hipótesis de cese de inmigración instantanea

En terminos absolutos estos serían los resultados de esta simulación:

Habitantes de origen extranjero
6,3 millones en 2008
11,5 millones en 2100

12,3 millones de nacimientos entre 2008-2100
0,0 millones de inmigrantes entre 2008-2100
7,1 millones de fallecidos entre 2008-2100

Habitantes de origen nacional (Siempre los mismos)
41,1 millones en 2008
56,6 millones en 2100

59,8 millones de nacimientos entre 2008-2100
44,3 millones de fallecidos entre 2008-2100

Los resultados gráficos de esta hipótesis serán muy similares a los de la anterior simulación.

El porcentaje de población extranjera, sería del 17% del total (frente al 12% actual), este incremento se daría debido al mayor numero de hijos por mujer y a la edad media más temprana de tener hijos de las mujeres inmigrantes frente a las mujeres de origen nacional.

La población total en el año 2100 sería de 68,3 millones de habitantes, de los cuales 56,6 serían de origen español y 11,7 de origen extrangero.


CONCLUSIONES
Seguramente ninguna de las hipótesis sea acertada, pero si que sirven para hacerse una idea mínima y máxima tanto del número de habitantes que podrían poblar el pais cuando la mayoría de los que vivimos estemos criando malvas, así como de la evolución de la proporción de extranjeros frente a nacionales que podría darse dependiendo de los movimientos migratorios que se produzcan, pudiendose dar el dato curioso de que la población extranjera superase a la de origen nacional si la inmigración continuase a un ritmo similar al actual.


FUENTES