domingo, 11 de abril de 2010

Problema Amaury Almanza

Cierto día, el departamento de policía es interrumpido por una llamada a las 9pm, un caso de un posible asesinato…


La policía tarda 5 min en llegar después de la llamada y toma la temperatura del cuerpo por órdenes del forense.

La señora que realiza la llamada, indica a los detectives que investigan el crimen, que ella llego a la escena del crimen a las 9pm, y de inmediato realizo la llamada al departamento de policía, también asegura que la victima tiene un estricto orden de visitas, debido a que sufría de distrofia muscular, de tal manera proporciona la siguiente tabla, la cual indica los visitantes y sus horas de visita.

30 minutos después de la llegada de la policía, llega el forense; estos piden la medición de la temperatura del cuerpo, a la llegada de la policía, y realizan otra toma de la temperatura del cadáver, dichos valores los registran en la siguiente tabla…

Según los valores dados, y el termómetro ambiental detenido en 21°C ¿Quién lo hizo?
 
Solución…
Según el teorema de Newton con respecto a la temperatura, tenemos que:

T=temperatura
Tm=temperatura del medio
t=tiempo

Considerando la Tm como constante, pasamos de un lado los valores de T y del otro los de t…

Integramos ambos lados para obtener la solución general


Resolviendo la integral, tenemos…

Aplicamos exponencial para eliminar el logaritmo…


Despejamos la T para obtener la ecuación general…

 
Según la tabla de temperaturas, tenemos que a las 9:05pm se toma la temperatura del cuerpo, la cual detiene el termómetro en 27.7°C, tomando dicha medición en un tiempo t=0, y la temperatura en dicho tiempo; evaluamos y obtenemos C…



A la llegada del forense, 9:35pm, se toma una segunda medición de la temperatura del cuerpo, la cual arroga un valor de 25°C, ya que dicha medición se tomo 30 min después de la primera, tomaremos este valor como t=30; con estos valores de temperatura y tiempo, y recordando el valor previamente obtenido de C, obtendremos K despejando de nuestra ecuación general…

Si evaluamos los valores de C y K, antes encontrados en la ecuación general, encontramos la ecuación particular…
Para finalizar, y conociendo que la temperatura de un ser humano es de 36°C, despejamos el tiempo (t), para encontrar la hora de la muerte…


Eliminamos la ℮ evaluando Ln en ambos lados de la ecuación…


Recordando que para dicho problema, tomamos las 9:05pm como nuestro tiempo t=0; el teorema de Newton nos arroja una solución negativa, y es lógico, ya que es antes de nuestra primer medición que la temperatura es de 36°C ya que el sujeto se encuentra vivo.


Dicha de otra forma, 45minutos antes de nuestra primera medición, es cuando el cuerpo se encuentra vivo, y la temperatura comienza a decrementar, por tanto…



¿Quién lo hizo?...

Problema Miguel Angel Domiguez

Si una barra pequeña cuya temperatura inicial es de 20 ºC, se deja caer en un recipiente con agua hirviente, ¿Cuánto tiempo tardara en alcanzar 98 ºC si se sabe que su temperatura aumento 2 ºC en un segundo? ¿Cuánto tiempo tardo en llegar a 90 ºC?

La ecuación auxiliar relacionada con el problema es la ley de enfriamiento de Isaac Newton, a continuación una pequeña descripción de la ley:

“Cuando la diferencia de temperaturas entre un cuerpo y su medio ambiente no es demasiado grande, el calor transferido en la unidad de tiempo hacia el cuerpo o desde el cuerpo por conducción, convección y radiación es aproximadamente proporcional a la diferencia de temperatura entre el cuerpo y el medio externo.”

Donde:


K = Constante de proporcionalidad
T(t) = Temperatura del Objeto
Tm = Temperatura Ambiente
Solución:


Escribimos los datos que conocemos o el problema nos indica:

T(0) = 20ºC
T(1) = 22ºC
T(x) = 98ºC

Como el medio que rodea al objeto es el agua hirviente Tm = 100ºC que es el punto de ebullición del agua.

Sustituimos el valor de Tm que es el que conocemos en la ecuación de la Ley de enfriamiento:


Despejando llegamos a una ecuación separable:

El siguiente paso es integrar ambos lados de la ecuación:

El resultado de la integral es:

Con la finalidad de eliminar el logaritmo, multiplicamos ambos lados de la ecuación por el exponencial:

Por lo tanto la ecuación se reduce a:

Despejamos T para obtener nuestra solución general

Ahora buscamos la solución particular:

Evaluamos en el segundo 1 y con la temperatura a 22°C ya que la temperatura inicial es 20°C

Obtenemos la constante k

Obtenemos el tiempo que tarda en llegar a 98°C

Para la segunda pregunta el proceso es similar, solo cambia la variable T, ahora vale 90.


domingo, 4 de abril de 2010

Problemas de Ecuaciones Diferenciales




El problema de Amaury y el de Miguel Dominguez, se relacionan por que ambos utilizan la ley de enfriamiento de Newton y Ecuaciones Diferenciales para dar una solucion; El primer problema habla del asesinato de una persona y el segundo habla del enfriamiento de un objeto

aqui les dejo el link para que consulten los problemas con su solucion,
http://www.megaupload.com/?d=2XFNKB3O

jueves, 25 de marzo de 2010

Probando el blog!!


aaamm... pues este blogg ha sido creado

para la asignatura de ecuaciones diferenciales

impartida en el Instituto Politécnico Nacional