miércoles, 14 de noviembre de 2012

Acústica no lineal: reformulando para avanzar

En su plática “Estudio numérico de propagación no lineal acústica, implementado en GPU”, presentada durante el Seminario de Estudiantes el pasado 27 de agosto en el IFUNAM, Velasco Segura comentó su particular interés en la propagación del sonido en medios difusivos bidimensionales (como el sonido que viaja entre dos placas), principalmente en la formación de ondas de choque y sus interacciones, como un primer paso para describir sistemas experimentales tridimensionales.

Denisse Joana Flores
11/sep/2012
Bien saben los científicos que las verdades absolutas no existen, como tampoco los resultados irrebatibles. Para muchos de ellos, explorar posibilidades y buscar alternativas a los problemas es parte fundamental de la investigación científica. Esta búsqueda puede aplicarse en campos tan variados y cercanos como la acústica, una rama que ha atraído la atención de Roberto Velasco Segura, estudiante de posgrado del Centro de Ciencias Aplicadas y Desarrollo Tecnológico (CCADET).

http://www.fisica.unam.mx/noticias_acusticanolineal2012.php

En su plática “Estudio numérico de propagación no lineal acústica, implementado en GPU”, presentada durante el Seminario de Estudiantes el pasado 27 de agosto en el IFUNAM, Velasco Segura comentó su particular interés en la propagación del sonido en medios difusivos bidimensionales (como el sonido que viaja entre dos placas), principalmente en la formación de ondas de choque y sus interacciones, como un primer paso para describir sistemas experimentales tridimensionales.
Para comprender su interés en este campo, es necesario partir de que el sonido se manifiesta a través de ondas sonoras y puede propagarse en medios elásticos de tipo sólido, líquido o gaseoso. Generalmente lo hace de modo lineal, es decir, en una sola dimensión, pero también puede presentar un comportamiento no lineal, como las ondas de choque, por ejemplo.
Para estudiar este tipo de propagación, el joven investigador recurrió a la ecuación de Westervelt, un modelo popular de propagación acústica no lineal. La idea central fue realizar un replanteamiento de esta ecuación en términos de leyes de conservación (sucede cuando las propiedades mecánicas del sistema no cambian).
“Las ecuaciones que obtengo se ven diferentes a la ecuación de Westervelt, pero para llegar a unas y a otras se usan la misma hipótesis. Entonces en un sentido son diferentes y en otro sentido son equivalentes”, explicó a noticias IFUNAM.
¿Por qué pensar en un replanteamiento? Básicamente, porque las ecuaciones de onda lineal comúnmente modelan muchos fenómenos con los que convivimos todos los días (la voz o la música, por ejemplo), pero curiosamente aquellos fenómenos relacionados con ondas de choque no son descritos adecuadamente en este tipo de ecuaciones.
“Uno de los candidatos fue la ecuación de Westervelt, obtenida por P.J. Westervelt en 1963, que se ha usado con éxito para describir algunos fenómenos no lineales, particularmente en el área del ultrasonido con aplicaciones médicas”, se lee en el anteproyecto de posgrado del investigador.
Así, su investigación le permitió por un lado, modelar la propagación acústica no lineal (es decir, construir una estructura matemática “afín” con el sistema físico), y por otro, diseñar una simulación numérica que fue implementada en un GPU (Graphics Processing Units) o tarjeta gráfica, lo que permitió visualizar el fenómeno.

La imagen muestra algunos ejemplos de acústica lineal (primera imagen) hasta un caso no lineal que muestra perturbaciones (tercer imagen).
Velasco Segura comenta que las aplicaciones de este tipo de trabajos de acústica no lineal no solamente suelen enfocarse en el espectro médico, sino también en la focalización de ondas de choque generadas por el vuelo de aviones supersónicos, aplicaciones tipo radar subacuáticas, análisis de suelo en pozos petroleros, e inclusive en instrumentos musicales, aunque en menor grado en estos últimos.
“Mi enfoque quisiera que fuera entender un poco mejor los principios físicos del fenómeno, y una parte de este propósito pretendo lograrlo con la visualización. Me parece que tener un mejor entendimiento puede abrir la gama de aplicaciones”, concluyó.
Actualmente, el investigador continúa refinando el código (GPU) para buscar maneras de imprentarlo en equipos de mayor potencia, y al mismo tiempo, intenta encontrar herramientas que permitan hacer una mejor validación.

Link a CCADET:

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