¿Qué es la física computacional?
Rama que usa computadorasEs la aplicación de métodos numéricos para resolver problemas físicos cuando no hay solución analítica.
Combina física, matemáticas y programación para predecir comportamientos de sistemas.
¿Por qué se necesita física computacional en Colombia?
Ejemplo: contaminación en MedellínPara modelar fenómenos como la dispersión de contaminantes en el Valle de Aburrá.
Ayuda a diseñar políticas públicas basadas en datos simulados.
¿En qué se diferencia de la física teórica?
Soluciones exactas vs aproximadasLa física teórica busca soluciones exactas; la computacional usa aproximaciones numéricas.
Ejemplo: resolver el movimiento de un fluido en un río sin cerrar la ecuación.
¿Qué papel juega la programación en esto?
Lenguajes comunesEs la herramienta para implementar los algoritmos numéricos que resuelven los modelos.
Python con librerías como NumPy es muy usado en universidades colombianas.
¿Dónde se aplica en ingeniería colombiana?
Hidroituango, edificios en CaliEn diseño de estructuras, simulación de turbinas y análisis de riesgos sísmicos.
Ejemplo: simular el comportamiento de puentes en zonas de alta sismicidad como Cali.
Fórmula de la derivada numérica hacia adelante
Aproximación con h pequeñof'(x) ≈ (f(x+h) - f(x))/h
Error proporcional a h. Usado en simulaciones de movimiento.
¿Qué es el método de Euler?
Resuelve EDO paso a pasoAlgoritmo para aproximar soluciones de ecuaciones diferenciales ordinarias.
Simple pero poco preciso para pasos grandes. Ideal para empezar.
¿Cuándo usar Runge-Kutta 4 en lugar de Euler?
Precisión vs complejidadCuando necesitas mayor precisión con pasos más grandes.
Usado en simulaciones de trayectorias de cohetes o fluidos.
Error en métodos numéricos: ¿qué significa O()?
Orden del errorEl error decrece proporcionalmente a h al cuadrado al reducir el paso.
Ejemplo: si h=0.1, error ~0.01; si h=0.01, error ~0.0001.
¿Qué es la interpolación lineal?
Estimar valores entre puntos conocidosMétodo para encontrar valores intermedios usando una línea recta entre dos puntos.
Usado en gráficos de datos experimentales.
¿Cómo simular el movimiento de un proyectil en Bogotá?
Usar ecuaciones de cinemáticaAplicar las leyes de Newton con condiciones iniciales de velocidad y ángulo.
Ejemplo: lanzar una pelota desde el cerro de Monserrate.
¿Qué simula la dinámica molecular?
Átomos y moléculasModela el movimiento de átomos y moléculas usando leyes de la mecánica clásica.
Útil para estudiar materiales o biomoléculas como proteínas.
¿Cómo se simula un fluido en el río Magdalena?
Ecuaciones de Navier-StokesSe resuelven numéricamente las ecuaciones que describen el movimiento de fluidos.
Herramientas como ANSYS Fluent lo hacen con métodos de volúmenes finitos.
¿Qué es un mesh en simulación?
Dividir el espacio en elementosEs la división del dominio en pequeñas partes (elementos finitos) para resolver ecuaciones.
Un mesh fino da mayor precisión pero requiere más recursos computacionales.
¿Por qué fallan algunas simulaciones en Colombia?
Datos de entrada incorrectosPor usar parámetros mal estimados o modelos físicos inadecuados para el contexto local.
Ejemplo: usar datos de sismicidad de California para diseñar edificios en Cali.
¿Qué simula ANSYS en ingeniería civil colombiana?
Estructuras y fluidosAnaliza esfuerzos en puentes, edificios y comportamiento de fluidos en represas.
Ejemplo: simular la presa de Hidroituango antes de construirla.
¿Cómo ayuda la física computacional a la medicina en Colombia?
Simulación de flujo sanguíneoModela el flujo de sangre en arterias para planificar cirugías o diseñar stents.
Investigaciones en la Universidad Nacional y la Javeriana usan estas técnicas.
¿Qué problema ambiental en Medellín se puede modelar?
Contaminación del aireSimular la dispersión de PM2.5 en el Valle de Aburrá usando datos meteorológicos.
Herramientas como WRF-Chem se usan para esto en Colombia.
¿Qué lenguaje usan más los físicos computacionales en Colombia?
Python o MATLABPython con librerías como NumPy, SciPy y Matplotlib es el más popular.
MATLAB se usa en cursos de universidades como la Nacional y los Andes.
¿Qué software gratuito existe para física computacional?
OpenFOAM, LAMMPSOpenFOAM para dinámica de fluidos y LAMMPS para dinámica molecular son de código abierto.
Ideales para estudiantes con presupuestos limitados.