BUMPS

Simulació del lliscament lliure d'objectes en una pista d'esquí amb bumps distribuïts regularment.
Programa fet en Visual Basic, versió 3.0.

AUTOR: Jaume Bartrolí Brugués (jbartrol@pie.xtec.es)

Bumps és una paraula anglesa que vol dir, entre d'altres coses, protuberància. L'utilitzen els esquiadors per indicar les petites muntanyetes que es formen a les pistes d'esquí.

Inspiració del programa:

El llibre La esencia del caos de Edward L. Lorenz, Ed. Debate (1995). Al capítol 2, Viaje al caos, estudia el caràcter caòtic del lliscament d'objectes per una pista d'esquí d'aquestes característiques (en comptes de bumps parla de mogotes).

L'estudi que fa Lorenz és molt exhaustiu i ocupa tot aquest capítol: sensibilitat a les condicions inicials, cas de mòbils amb velocitat longitudinal constant, identificació d'un atractor estrany a l'espai de fases, bifurcacions, etc... Aquesta simulació només pretén mostrar la sensibilitat a les condicions inicials, és a dir, que les trajectòries d'objectes que parteixen amb condicions inicials molt properes entre si (posicions i velocitats inicials) acaben divergint sensiblement.

A més a més, s'han utilitzat les equacions de la pista d'esquí amb bumps i les equacions diferencials del moviment que Lorenz dóna a l'annex 2 (Incursiones matemáticas) del mateix llibre.

BUMPS A UNA PISTA D'ESQUI REAL

Una passejada per la pista amb bumps:

La pista descendeix d'esquerra a dreta de la pantalla, els cercles corresponen a bumps i entre cada quatre bumps hi ha una petita vall o banyera. Les línies són les trajectòries que seguirien objectes que llisquessin lliurement pista avall. Com diu Lorenz, per objecte que llisca lliurement s'ha d'entendre, per exemple, un esquí perdut, una galeta o tauleta de xocolata caiguda de la butxaca d'un esquiador, etc ..., però no un esquiador dotat de voluntat per influir en la trajectòria.

En aquesta simulació es veu com 10 objectes que parteixen en la mateixa direcció de punts poc separats entre si, encara que mantenen inicialment trajectòries també poc separades, arriba un moment en que divergeixen.

Sistema de coordenades de la pista:

Es treballa en metres i els eixos del sistema de coordenades utilitzats estan marcats amb més intensitat. L'eix horitzontal, situat a mig centre de la pista, és l'eix X, longitudinal a la pista. L'eix vertical, situat a l'esquerra de la pista, és l'eix Y, transversal a la pista. La intersecció d'aquests dos eixos és doncs l'origen (0,0).

Els paràmetres de la simulació:

Són tots numèrics i són de dos tipus: de la pista i dels mòbils. En executar el programa es carreguen uns valors dels paràmetres que desprès es poden variar. Cas de fer algun canvi, s'ha de redibuixar la pista i/o les trajectòries utilitzant l'opció Dibuixar del menús desplegatbles.

Els paràmetres de la pista són 7:

  1. Longitud de la pista: dos botons d'opció permeten escollir entre 30 metres (per defecte) i 60 metres.

  2. Pendent mitjà (per defecte 0.25): és el pendent que tindria la pista si no tingués bumps.

  3. Altura dels bumps (per defecte 0.5 m): és l'altura d'un bump sobre el nivell mitjà de la pista. És a dir, l'altura d'un bump respecte del fons d'una banyera contigua és el doble del valor d'aquest paràmetre.

  4. Separació longitudinal entre bumps (per defecte 10 m): separació en el sentit longitudinal de la pista.

  5. Separació transversal entre bumps (per defecte 4 m): separació en sentit transversal a la pista.

  6. Coeficient de fregament (per defecte 0.5 1/s): és un coeficient de fregament dinàmic, és a dir, multiplicat per la velocitat del mòbil dóna la seva desaceleració.

  7. Acceleració de la gravetat (per defecte 9.8 m/s²): variar-la permet fer simulacions, per exemple, sobre la superfície de la Lluna.

Els paràmetres dels mòbils són 5:

  1. Posició inicial del primer d'ells (per defecte 4.75 m): el 1r. mòbil parteix del punt (0, 4.75).

  2. Nombre de mòbils (per defecte 10). No és convenient posar un valor molt gran.

  3. Separació entre mòbils (per defecte 0.01 m). És a dir, els mòbils partiran de (0, 4.75), (0, 4.76), (0, 4.77), (0, 4.78), ... , (0, 4.84)

  4. Velocitat longitudinal inicial (per defecte 4 m/s). Tots els mòbils partiran amb la mateixa velocitat.

  5. Velocitat transversal inicial (per defecte -2 m/s). També serà la mateixa per a tots els mòbils.

Els fitxers del BUMPS (*.bum)

Un conjunt de 12 paràmetres interessant, 7 de la pista i 5 dels mòbils, es pot guardar en un fitxer extern que tindrà per extensió *.bum. Aquests fitxers són fitxers de text on seqüencialment estan emmagatzemats els paràmetres. Per exemple, el contingut del fitxer corresponent a la primera simulació és:

"30",".25",".5","10","4",".5","9.8","4.75","10",".01","4","-2"

La gestió dels fitxers *.bum es fa a través del menús desplegatbles com s'explica a continuació.

Els menús despleglables:

Arxiu permet:

- Obrir un fitxer de dades: obre un fitxer *.bum i carrega les dades.

- Desar fitxer de dades: emmagatzema les dades de la simulació actual en un fitxer *.bum.

- Imprimir: imprimeix la pantalla (tant els paràmetres com la pista, amb trajectòries o sense).

- Sortir: surt de l'aplicació.

Dibuixar permet:

- Dibuixar només el bumps. Es pot executar aquesta opció si s'ha fet algun canvi dels paràmetres de la pista i és vol veure com queda.

- Dibuixar bumps i trajectòries. S'ha d'executar aquesta opció si s'ha fet algun canvi dels paràmetres de la pista i/o del mòbils i es vol veure com és la nova simulació.

Ajuda dóna accés al manual del BUMPS.

Matèria i nivell educatiu a qui va adreçat el BUMPS:

Preferentment Física del Batxillerat Post-Obligatori, encara que es pot aprofitar en qualsevol àrea on es vulgui fer una introducció als sistemes caòtics.

Bibliografia:

Lorenz, Edward N.: La esencia del caos, Debate pensamiento, Madrid (1995).

Fitxer ZIP amb el programa i alguns fitxers de dades (95 kb)

Aquest programa, fet en Visual Basic 3.0, precisa per a la seva execució de la presencia del fitxer vbrun300.dll al subdirectori windows\system.