Poisson - Campos Invisibles

Modifica la intensidad y cantidad de las fuentes para ver cómo afectan su entorno de forma estacionaria.

Ciencia Fácil 🧪
¡Para curiosos!

¡Fuentes de poder! Imagina que colocas un radiador caliente o un imán en el agua: su calor o fuerza se extiende por todo el lago hasta que todo se queda quieto de forma permanente. ¡Aquí tú controlas dónde ponerlos y qué tan fuertes son!

Monitor del Dominio Científico
Región: Patzcuaro

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¿Qué es la Ecuación de Poisson? 🧐

Esta ecuación describe cómo se distribuye un campo o potencial en el espacio cuando el sistema ha alcanzado un estado de equilibrio permanente (estacionario). No hay cambios en el tiempo, todo está quieto.


Analogías Físicas y Aplicaciones:
  • Calor en equilibrio: Imagina que tienes una placa de metal y colocas calentadores (fuentes) en ciertos puntos. Después de mucho tiempo, la temperatura en toda la placa dejará de cambiar. Esa distribución final de temperatura obedece a la ecuación de Poisson.
  • Campos magnéticos o eléctricos: Las cargas eléctricas o los imanes generan un campo de fuerza a su alrededor de forma continua. La fuerza en cada punto se calcula con esta ecuación.
  • Presión del agua subterránea: Ayuda a calcular cómo se filtra y estabiliza el agua en pozos y acuíferos bajo la tierra.
Matemática de Poisson y Método mGFD 🧠

La Ecuación Diferencial:

$$\nabla^2 u(\mathbf{x}) = f(\mathbf{x}) \implies \frac{\partial^2 u}{\partial x^2} + \frac{\partial^2 u}{\partial y^2} = f(x, y)$$

  • \(u(x, y)\): Es el potencial físico (ej. temperatura final).
  • \(\nabla^2\): Es el operador laplaciano, que mide la divergencia del gradiente del potencial (es decir, la "curvatura" local del campo).
  • \(f(x, y)\): Es la función de densidad de fuentes o cargas (las posiciones de clic con su intensidad).

Resolución Numérica Libre de Malla (mGFD):

Dado que los lagos tienen bordes irregulares, el Meshless Generalized Finite Difference (mGFD) calcula la solución sobre una nube de puntos desestructurada:

  1. Para cada punto \(\mathbf{x}_0\), se define una vecindad de soporte (nodos más cercanos).
  2. Se realiza una aproximación por desarrollo en serie de Taylor de segundo orden: \(u(\mathbf{x}_i) \approx u(\mathbf{x}_0) + h_i \frac{\partial u}{\partial x} + k_i \frac{\partial u}{\partial y} + \frac{h_i^2}{2} \frac{\partial^2 u}{\partial x^2} + h_i k_i \frac{\partial^2 u}{\partial x \partial y} + \frac{k_i^2}{2} \frac{\partial^2 u}{\partial y^2}\).
  3. Se resuelven los coeficientes/pesos minimizando la norma del error mediante mínimos cuadrados ponderados (\(WLS\)) con una función de peso de distancia.
  4. El sistema lineal global se resuelve para obtener el valor del potencial en cada nodo respetando la condición de frontera en las orillas irregulares del lago.
Cabina de Control
Curiosidad Geográfica

¿Sabías que... el lago de Pátzcuaro está lleno de islas hermosas, como Janitzio? Como no es muy profundo, el viento empuja fácilmente sus aguas creando corrientes muy curiosas.


Valor: 1
Valor: 2.0
Misiones y Desafíos 🎯

Completa estas misiones del laboratorio cargando los parámetros ideales:

Coloca fuentes de fuerza a lo largo del lago Patzcuaro.

Objetivo: Observar cómo el campo de Poisson interactúa y se equilibra estacionariamente a lo largo de su forma.

Ejecutando Solucionador mGFD

Iniciando solucionador de diferencias finitas...

Procesando dominio físico...