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Este simulador es una herramienta de física computacional que combina la mecánica de fluidos (caída con resistencia) con la propagación de ondas elásticas y acústicas.
1. Parámetros de Entrada (Usuario)
El usuario define las condiciones iniciales que determinan la energía del sistema:
Tiempo de caída (seg): Cronometrado desde el lanzamiento hasta escuchar el impacto.
Masa (kg): Influye directamente en la inercia y la fuerza de impacto final.
Coeficiente de Arrastre y Área: Seleccionados según el objeto (esfera, piedra, cubo). Esto determina qué tan rápido el aire frena al objeto.
Geometría del Pozo: El usuario puede modificar el ancho del pozo arrastrando el marcador en el lienzo, lo que altera el mapa de materiales.
2. Cálculo de la Trayectoria (Mecánica de Arrastre)
A diferencia de la caída libre simple, este simulador utiliza resistencia del aire cuadrática, que es lo que ocurre muy cercano a la realidad.
Velocidad Terminal: Se calcula primero la velocidad máxima que el objeto alcanzaría si el aire lo frenara totalmente:
3. Cálculo de la Fuerza de Impacto
Se utiliza el Teorema del Trabajo y la Energía. Suponemos que el suelo se deforma una distancia muy pequeña (
) para detener el objeto:
El resultado se divide entre
para mostrarlo en kilogramos-fuerza (kgf), que es más intuitivo para el usuario.
4. Simulación de la Ecuación de Onda (Acústica/Elástica)
Para visualizar el impacto, el simulador resuelve la Ecuación de Onda en 2D mediante el método de Diferencias Finitas (FDTD):
En el código, esto se traduce a una malla de nodos donde cada punto
depende de sus vecinos y de su estado anterior:
Laplaciano discreto: Se calcula la diferencia de presión/desplazamiento entre un nodo y sus cuatro vecinos inmediatos.
Mapa de Velocidades: El valor de cambia drásticamente entre el aire (velocidad lenta) y la tierra (velocidad rápida), lo que genera refracción y reflexión de las ondas en las paredes del pozo.
Amortiguación: Se aplica una pérdida de energía en los bordes del canvas para evitar que las ondas reboten infinitamente (bordes absorbentes).
5. Visualización y Sismógrafo
Canvas Principal: Traduce los valores de la matriz a colores. Los valores positivos se pintan en azul (compresión) y los negativos en rojo (rarefacción) sobre un fondo que diferencia tierra de aire.
Sismógrafo: Muestra en tiempo real el valor de un solo nodo específico (el "sensor") situado en la superficie, permitiendo ver el tiempo de arribo de la onda sísmica tras el impacto.
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