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Matemáticas para preparar un café expreso

Un grupo matemáticos, físicos y expertos en materiales se ha reunido para descubrir que con menos granos de café y molidos de forma más gruesa de lo habitual se puede obtener una bebida igual de fuerte pero más barata y uniforme. Su trabajo se ha publicado en la revista Matter.

La norma habitual para preparar un expreso es moler unos 20 gramos de granos de café lo más triturados posible.

Los investigadores elaboraron un modelo matemático para explicar este rendimiento en función de variables como la cantidad de agua y café seco, el grosor de los granos y la presión del agua y compararon sus predicciones con los resultados de diversas preparaciones.

El equipo llegó a una receta donde se maximiza la extracción y se logra producir un expreso de sabor similar a otro. Para conseguirlo, una forma es moler más grueso y usar un poco menos de agua, pero otra es simplemente reducir la masa de café.

Los autores consideran que usar 15 gramos de café molidos relativamente gruesos para elaborar una bebida de 40 gramos es una proporción bastante buena, aunque siempre va a depender del barista o de los gustos del consumidor.

Reducir la masa de café seco de 20 a 15 gramos por bebida representaría un ahorro de unos pocos miles de dólares anuales para una cafetería, pero ascendería a 1.100 millones si se considera toda la industria cafetalera de Estados Unidos.

Fuente:

https://www.agenciasinc.es/Noticias/Marchando-un-cafe-expreso-con-matematicas

Referencia del artículo:

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2590238519304102?via%3Dihub

Desde Chile científicos buscan elaborar modelo matemático para prevenir incendios forestales

Un equipo de científicos del Instituto Milenio de Sistemas Complejos de Ingeniería (ISCI) está elaborando un modelo matemático que permita prevenir que se propaguen los incendios forestales.

Andrés Weintraub, director del proyecto, ha explicado que la herramienta permite tomar mejores decisiones de cómo manejar el bosque porque años antes del incendio se pueden tomar medidas que mitiguen el efecto del fuego como talar árboles, quitar la maleza o cortar las ramas.

Otras medidas pueden ser reducir la cantidad de material combustible cerca de infraestructura importante, o crear cortafuegos en determinados lugares.

Leer más:

https://www.adnradio.cl/noticias/nacional/desde-chile-cientificos-buscan-desarrollar-modelo-matematico-para-prevenir-incendios-forestales/20200120/nota/4005405.aspx

Matemáticas, turbulencia y auroras boreales

El comportamiento de los fluidos turbulentos sigue siendo un misterio para los científicos, lo que impide hacer predicciones a largo plazo sobre su evolución.

Un ejemplo son las inesperadas llamaradas solares, causantes de las auroras boreales que se observan en los Polos terrestres. Para comprender su formación, es necesario entender en profundidad las ecuaciones que describen estos fluidos.

Las ecuaciones de la magnetohidrodinámica (MHD) determinan la evolución del campo de velocidades del fluido y del campo magnético que actúa sobre él. Se logran combinando las ecuaciones clásicas de los fluidos (las de Euler y Navier-Stokes) con las del electromagnetismo (las de Maxwell).

En algunos problemas de hidrodinámica con presencia de turbulencia, la energía no tiene que conservarse. Matemáticamente, en estas situaciones aparecen elementos tan irregulares que no es posible aplicar los métodos habituales para estudiar las cantidades integrales, sino que es necesario emplear otros enfoques. Así lo conjeturaron a mitad del siglo XX el matemático Andréi Kolmogorov y Lars Onsager (premio Nobel de Química en 1968).

Camillo De Lellis y László Székelyhidi Jr han desarrollado un programa para dar rigor a las ideas de Kolmogorov y Onsager, mediante una técnica llamada integración convexa.

Para plasmas turbulentos, las simulaciones y los experimentos apuntaban a que tanto la energía total como la helicidad cruzada se disipan de manera anómala. Pero parece que la helicidad magnética se comporta de un modo distinto: en fluidos muy conductores de la electricidad, se conserva. Esto es la conjetura de Taylor, que tiene su origen en 1974 y que recientemente ha sido probada desde el punto de vista matemático en este artículo:

https://link.springer.com/article/10.1007/s00220-019-03422-7

Hasta ahora parecía incompatible la obtención de soluciones turbulentas en mecánica de fluidos con la conservación de ninguna cantidad integral, pero gracias a estos nuevos trabajos, se ha visto que las soluciones de las ecuaciones MHD tienen muchas estructuras ocultas y su comprensión permitirá entender fenómenos físicos y elaborar herramientas matemáticas muy complejas.

Leer más:

https://elpais.com/elpais/2020/01/13/ciencia/1578936205_822512.html

Descartes y la matematización de la naturaleza

Descartes en 1619 había decidido que la Matemática era necesaria para estudiar con fundamento los fenómenos naturales.

Veinte años antes, Johannes Kepler, el gran astrónomo, según él mismo y como tal, “Sacerdote Matemático de la Obra Divina”, había declarado que “la Geometría era co-eterna al espíritu de Dios”.

Descartes había leído a San Agustín, las Confesiones, que le influyó notablemente, y se dijo que algún día él escribiría las suyas (El Discurso del Método). Consciente de las limitaciones de los seres humanos ante lo desconocido, que se iban revelando más con los telescopios cada vez mejores, la idea de que algo o alguien debería conocer y controlar esa inmensidad se le hacía presente.

Agustín de Hipona había escogido como tal al Dios Cristiano, conocedor infinito de esa infinitud.

El Dios de Descartes es intelectual, racional, con poderes infinitos, más allá de los racionales. No es un Dios amoroso, pero es cómplice.

Además de las disciplinas matemáticas clásicas, existen otras más aplicadas que abordan problemas reales formulándolos matemáticamente para luego aplicar técnicas que permitan obtener soluciones. Una de las más recientes es la Investigación Operativa, que usando una adecuada metodología, con técnicas generales o específicas, investiga la forma más precisa de operar con los recursos disponibles para obtener los mejores resultados al realizar un proyecto.

Su aplicación permite adelantarse, estimar los posibles escenarios y elegir la mejor opción tras el correspondiente análisis riguroso. Es fundamental en la actividad diaria y en la evolución futura de empresas y organizaciones.

Fuente:

https://www.eldia.es/sociedad/2020/01/13/descartes-matematizacion-naturaleza-ii/1040403.html

Un nuevo modelo matemático plantea cómo Hitler pudo haber vencido a los británicos

Un modelo matemático determina que la Luftwaffe habría derrotado a la RAF (Real Fuerza Aérea Británica) en la Batalla de Inglaterra si el ataque nazi hubiera empezado antes y se hubiese concentrado en los campos de aviación.

El modelo ha sido elaborado por profesores de la Universidad de York utiliza modelos estadísticos para calcular cómo podría haber tenido lugar la batalla de Inglaterra si la historia hubiera seguido uno de varios cursos alternativos. Se ha publicado en el Journal of Military History.

La técnica estadística se llama “arranque ponderado” y la simulación por computadora es como tomar una bola para los eventos de cada día de la Batalla de Inglaterra y meterla en un bombo de lotería.

Las bolas se dibujan, leen y reemplazan para crear miles de series alternativas de combates durante días, pero en un orden diferente, y tal vez con algunos días con más actividad o ninguna. Después, los investigadores repitieron el proceso para probar los “qué habría pasado si” de la batalla, haciendo que algunos días sean más o menos propensos a ser elegidos.

Los resultados brindan respaldo estadístico a un cambio de táctica que varios historiadores han argumentado que podría haber traído la victoria de la Luftwaffe en el verano de 1940: las simulaciones sugirieron que si hubieran comenzado la campaña antes y se hubieran centrado en bombardear aeródromos, la RAF podría haber sido derrotada, allanando el camino para una invasión terrestre alemana.

Según el modelo matemático, el impacto de estos cambios habría sido dramático. El estudio sugiere que un comienzo más temprano y una focalización en los aeródromos habrían cambiado la batalla significativamente a favor de los alemanes.

Por ejemplo, si la probabilidad de una victoria británica en la batalla real hubiera sido del 50%, estos dos cambios tácticos la habrían reducido a menos del 10%. Si la probabilidad real de victoria británica fuera del 98%, los mismos cambios habrían reducido esto al 34%.

Leer más:

https://newsweekespanol.com/2020/01/modelo-matematico-hitler-churchill/

Matemáticas para ser libres

Eduardo Sáenz de Cabezón dijo que las matemáticas nos hacen más libres y menos manipulables. El vídeo, en el que trataba de inculcar su pasión por los números a un grupo de estudiantes, se hizo viral en el 2018. 

Esa misma pasión fue la que sintió Óscar Rivero, nacido en Baronzás, Xinzo de Limia, de 25 años, y que le llevó a hacer el doctorado en esta rama en la Universidad Politécnica de Cataluña. 

Óscar se formó en el Instituto Cidade de Antioquía de Xinzo de Limia entre los años 2006 y 2012. Allí regresó esta semana para contar su experiencia a los alumnos del centro y tratar de transmitirles su pasión por las matemáticas.

María Garrido, una de las organizadoras de la conferencia, vio en Óscar un modelo a seguir por los alumnos del instituto debido a su cercanía.

El alumnado limiano se interesó, principalmente, por las aplicaciones de la Teoría de los números a la vida real.

Fuente:

https://www.laregion.es/articulo/a-limia/matematicas-ser-libres/20200111223930918578.html

Un nuevo lenguaje matemático aproximaría la física clásica a la cuántica

Nicolas Gisin es un físico de la Universidad de Ginebra que en 1995 inició la era de la comunicación cuántica y en 2005 logró la mayor teleportación cuántica a larga distancia, tal como informamos en otro artículo.

Gisin ha publicado ahora un artículo en Nature Physics en el que propone cambiar el lenguaje matemático para que la aleatoriedad y el indeterminismo entren en la física clásica, aproximándola así a la física cuántica.

Parte de la base de que la física clásica ha establecido que, desde el Big Bang, todo está determinado y las ecuaciones matemáticas sirven para describir ese mundo exacto y previsible que nos rodea.

Para la descripción del mundo, los físicos se valen de las matemáticas clásicas utilizando números reales (naturales, enteros, racionales e irracionales), que son más numerosos que los que tienen un nombre propio (por ejemplo Pi o áureo) y están constituidos por una serie de decimales que es completamente aleatoria.

Para superar la imposibilidad que representa que el mundo finito contenga el infinito, Gisin propone cambiar el lenguaje de la física clásica para que no tenga que recurrir a los números reales.

El lenguaje propuesto es el de las matemáticas intuitivas, basadas en el papel de la intuición en el pensamiento matemático y científico, tal como lo describió Efraim Fischbein en 1987.

Añade otra ventaja de la matemática intuitiva: introduce la aleatoriedad en los factores, trascendiendo la limitación de la matemática clásica de que sus proposiciones o son verdaderas, o son falsas. Hay una tercera posibilidad en la matemática intuitiva: que la proposición sea indeterminada.

Gisin considera que este lenguaje intuitivo se aproxima más al mundo cotidiano que el que describe la física clásica, según la cual ese mundo es absolutamente determinista y previsible.

Este lenguaje matemático alternativo permitiría aproximar la física clásica a la física cuántica, integrando el indeterminismo en las ecuaciones.

Describir el mundo con matemáticas intuitivas aproxima la descripción al indeterminismo y a la realidad cuántica, ofreciendo una perspectiva que, según Gisin, abrirá nuevas posibilidades a nuestro futuro.

Por último, permitiría comprender mejor la física cuántica y abandonar una visión del mundo en la que todo está escrito, para abrir nuestra mente a otras perspectivas, como lo aleatorio, el azar y la creatividad.

Leer más:

https://www.tendencias21.net/Un-nuevo-lenguaje-matematico-aproximaria-la-fisica-clasica-a-la-cuantica_a45638.html

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