Investigador del CICESE comprueba teoría sobre sincronización de péndulos
Por Karla Navarro
Ensenada, Baja California. 4 de mayo de 2016 (Agencia Informativa Conacyt).- Investigadores del Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada (CICESE), en coordinación con una empresa dedicada a la fabricación de relojes, lograron, tras varios experimentos, desarrollar un modelo matemático que sustenta las observaciones que el científico holandés Christiaan Huygens hizo en 1665 sobre la sincronización de sistemas dinámicos interconectados.
El equipo. Crédito: CICESE/Stephannie Lozano.
El desarrollo del modelo matemático fue merecedor este año de la publicación del artículo The sympathy of two pendulum clocks: beyond Huygens’ observations, en una revista del prestigiado grupo Nature.
El equipo de investigadores se propuso dar una explicación formal a los experimentos que Huygens realizó utilizando dos relojes de péndulo, los cuales transferían energía de uno al otro a través de la barra en la que estaban montados, lo que generaba que oscilaran de forma sincronizada.
“No quisimos dejar el proyecto solamente en una explicación formal, una explicación científica, sino que quisimos ir un poco más allá, por lo que quisimos reproducir el experimento de Christiaan Huygens”, explica Jonathan Peña Ramírez, uno de los investigadores del equipo.
Un turista creativo
La entrada, en calidad de turista, al Museo Interactivo de Relojes en Zacatlán, Puebla, despertó en Jonathan Peña, catedrático del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt) comisionado al CICESE, una relación inmediata con un tema que había desarrollado desde su doctorado: la sincronización de sistemas.
Crédito CICESE/Stephannie Lozano.“Yo vi que tenían relojes monumentales de péndulo y dije qué tal si me prestan dos relojes y puedo hacer el experimento, entonces hablé con el gerente y después con el dueño de la empresa y la verdad es que me sorprendió que se hayan interesado”, relata.
La empresa Relojes Centenario acordó aportar los relojes para los experimentos del proyecto Sincronización de sistemas dinámicos interconectados: aplicaciones en física, biología e ingeniería, cuyo responsable técnico es Joaquín Álvarez Gallegos, investigador de CICESE.
La solicitud fue que se construyeran dos relojes monumentales tan idénticos como fuera posible, que se montaron sobre una base de madera para permitir su sincronización.
“Si los relojes se comunican, transfieren energía de uno a otro a través de la barra en la que están montados; es correcta la explicación de Huygens, pero ahora lo podemos mostrar con un modelo matemático y podemos mostrar, dependiendo de las propiedades mecánicas del soporte, si los relojes se van a sincronizar en direcciones opuestas o en la misma dirección”, apunta Jonathan Peña.
Modelo matemático
Tras la aportación de los relojes en noviembre de 2015, los investigadores se trasladaron a la fábrica donde fueron construidos y comenzaron a realizar los primeros experimentos con sensores y equipo adicional, trabajos que se prolongaron por un par de semanas.
Los relojes utilizados son de cuatro caras, similares a los que se encuentran en iglesias y parques, los cuales tenían péndulos de una dimensión igual a la de los relojes usados en los experimentos de Huygens, pero con una maquinaria diferente.
“Para que se presente el fenómeno los sistemas tienen que ser muy parecidos, si tuviéramos dos relojes diferentes no se presentaría el fenómeno; la única condición es que tengan su propia fuente de energía que los mantenga oscilando”, detalla.
No obstante, desde mediados de 2015 ya habían comenzado a trabajar en el desarrollo del modelo matemático que buscaba explicar el porqué del fenómeno de la sincronización, proceso en el que también obtuvieron nuevo conocimiento.
“Porque una vez que hicimos el modelo matemático nos dimos cuenta de que ese modelo podía reproducir los experimentos, pero ya con el modelo, al hacer el análisis vimos que realmente los relojes se volvían lentos”, menciona Jonathan Peña, también miembro nivel I del Sistema Nacional de Investigadores (SNI).
Abundó que cuando los relojes se sincronizan se vuelven lentos porque se pierde energía a través de la estructura en la que están, entonces esa energía se refleja en una pérdida aproximada de mil segundos por día, por lo que dejan de servir para medir el tiempo.
“La cuestión es que cuando se sincronizan es cuando los relojes se vuelven inexactos”, apunta.
La sincronización y sus aplicaciones
Jonathan Peña observa que la sincronización es un fenómeno universal, ya que se puede encontrar en sistemas tan grandes como los planetarios, y tan pequeños como los celulares, lo que da pie a que surjan múltiples aplicaciones.
“Hay casos en los que sí queremos que haya sincronización y casos en los que no, entonces lo interesante es saber cuándo habrá sincronización, en qué circunstancias y cómo podemos en algunos casos prevenirla y en algunos casos forzarla que aparezca”, señala.
Adelanta que para continuar desarrollando la investigación, adquirieron cuatro relojes que ya tienen en el laboratorio del CICESE y con los cuales pretenden desarrollar un experimento en red, con diferentes configuraciones y fenómenos físicos.
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