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Existe una participación tradicional de los físicos en el desarrollo de productos y procesos productivos en la industria. Estos se realizan tanto en el ámbito teórico como experimental buscando comprender los mecanismos y participar en su aplicación optima.

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La charla se realiza en tres partes. La primera resume la forma tradicional de la aplicación de la física a las necesidades de la industria. En una segunda parte se muestra como hoy hemos incursionado en modelar la forma como el ser humano se comporta dentro de la sociedad incluido los temas asociados a la economía. Por ultimo se muestra en forma simplificada como se aplican estos conceptos en base a una situación como la propagación del COVID19.

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Mi experiencia personal, que en cierta forma me autoriza para hablar de estos temas, se puede describir de dos tipos:

• El trabajo como consultor en la empresa Price Waterhouse (y otras similares antes y después) asesorando la operación de empresas. Esto tanto a nivel de diseño de productos, operación de procesos, moldeamiento de venta y estrategia de negocios.
• El trabajo como jefe de proyectos en la empresa Hilti AG participando en la generación de conocimiento básico para el desarrollo de múltiples productos, procesos productivos y participación en el mercado.

Mientras el primero es un apoyo desde una perspectiva mas general, la segunda es la realización detallada de proyectos relacionados a estos temas.

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Uno de los ejemplos mas conocidos de físicos fuera de la academia lo constituye el proyecto Manhattan en que se desarrollo la primera bomba atómica. El mundo ve hoy al proyecto como un gran éxito a diferencia de los físicos que participaron en el. Muchos eran de origen alemán pero al ser judíos emigraron a Estados Unidos para evitar la persecución. Para ellos la prioridad era evitar que Heisenberg, que lideraba el proyecto Alemán, tuviera éxito y Estados Unidos fuera atacado por Hitler.

Sin embargo la bomba se termino después de que Alemania se había rendido por lo que el gobierno americano decidió arrojar la bomba sobre Japón. Se arrojo en un momento en que ya se sabia que Japón había perdido la guerra y se argumento que era para reducir la perdida de vidas americanas en la invasión de la isla.

Hoy hay voces que la real causa era evitar que Rusia entrara en la guerra con Japón y que hubiera otra separación en un Japón Occidental y Oriental como ya se estaba gestando en Alemania.

Para los físicos y para Robert Oppenheimer, el encargado científico del proyecto, el problema fue moral. Se arrojo dos bombas sobre dos ciudades matando entre 110 y 210 mil civiles (y solo unos 20 mil militares) no para detener el nacismo y sobre un país que técnicamente había ya perdido la guerra.

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Hilti AG es una empresa que esta hoy presente en 120 países y que cuenta con caso 30 mil empelados en todos el mundo.Fue fundada en 1941 por Martin Hilti basándose en una idea muy simple que le permitió asegurar exclusividad por muchos años vía una patente. El producto es la pistola para clavar. En la imagen se observa un clavo, un martillo que lo empuja y el cartucho con pólvora. Para acelerar el trabajo los elementos también existen en versiones de múltiples disparos con múltiples clavos y múltiples cartuchos.

La clave de la patente de Hilti fue que logro que no existiera peligro de que la pistola se pueda usar como un arma. Para ello introduce un martillo que permite disparar el calvo a baja velocidad sin reducir la energía necesaria para penetrar el objeto a clavar. Porque el martillo logra esto es un principio físico que se explica en la próxima lamina.

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La clave para clavar el clavo es la energía que finalmente este tiene. Como esta es inicialmente energía cinética\\n\\n

$E=\displaystyle\frac{1}{2}mv^2$

,

con m es la masa y v es la velocidad. Una forma de lograr esto es con alta velocidad, la otra con alta masa. En el segundo caso la velocidad puede ser baja y con ello no peligrosa en caso de que el clavo abandona el sistema pistola-objetivo si por ejemplo el objetivo se rompiera. Esto se logra introduciendo el martillo con una masa cien veces mas grande que la del clavo. De esta forma el sistema trabaja a baja velocidad y con ello no necesita un permiso para portar armas. En caso de que el clavo abandona, a baja velocidad, el sistema la pistola tiene un mecanismo de freno para el martillo. Incluso la pistola esta diseñada de modo de que es fácil reemplazar el martillo y viene con un set de repuesto de martillos para el caso que este se llegue a dañar.

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Uno de los proyectos en que trabajamos fue el de crear una corchetera industrial (en vez de clavadora) usando cartuchos de gas en vez de cartuchos o gas vía mangueras. La solución la encontramos después de que se nos ofreció una patente en que el inventor había introducido un ventilador en la cámara de combustión. El problema del invento era la operación del ventilador por los problemas de residuos y hermeticidad de la cámara. Pero si era interesante que alguien había logrado usar gas ya que a nuestro juicio no era factible. El problema es que al quemarse el gas se forma un frente de flama en donde se esta quemando el gas. Dicho frente avanza a una velocidad con\\n\\n

$s^o_L=\displaystyle\sqrt{\alpha\dot{\omega}\left(\displaystyle\frac{T_b-T_i}{T_i-T_u}\right)}$

donde \alpha es la constante de difusión, \dot{\omega} la velocidad de reacción, T_b temperatura del gas ya quemado, T_i la temperatura en que ocurre la inceración y T_u la temperatura del gas antes de la reacción. El problema esta en que el proceso ocurre por difusión lo que es extremadamente lento.

Nota: Esta es la razón por la cual se abren ventana cuando hay una fuga de gas, no solo para ventilar si no ante todo para evitar mayor daño por aumento de presión si se incinera. Como el frente de llama es lento, el aire es desplazado por la ventana hacia el exterior nunca generándose una alta presión que es el mecanismo con que se genera el daño.

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El truco del ventilador es que las aspas rompen el frente de llama generando múltiples mini frentes distribuidos por toda la cámara de combustión. Esto lleva a una extraordinaria aceleración de la velocidad de combustión del gas.

Una vez se comprende el mecanismo se puede analizar alternativas para aprovechar el mecanismo. En este caso se concluyo que era mas eficiente y de menor dificultad de mantener la introducción de chorros de gas que generan turbulencias que tienen un efecto similar.

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Para evitar que los clavos se oxiden se les recubre con zinc. La oxidación es un proceso en que se liberan dos electrón por átomos de fierro que reaccionan con oxigeno y forman oxido de fierro que es el conocido oxido color rojizo. La cobertura de zinc en primer lugar evita que el fierro tenga contacto con el agua. En segundo lugar, para el caso que la cobertura se fragmente, es el zinc el que reacciona evitando que sea el fierro lo que da una protección mientras exista zinc en la superficie.

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Una forma elegante de cubrir el clavo es dejarlo que al final del proceso de fabricación, en que este a una temperatura alta, caiga por un polvo de zinc en suspensión. De esta forma los granitos de zinc se derritieran en la superficie y, si la tensión superficial es adecuada, tendera a distribuirse sobre la superficie.

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Otro de los ámbitos de trabajo son cadenas logísticas. Para ello se estudian los procesos incluyendo

• frecuencia y volumen de producción
• frecuencia y volumen de necesidad de componentes
• tiempos de traslados y capacidad de bodegas necesarias, incluidos los medios
• demanda incluida la demanda y restricciones de traslado

Con ello se establecen modelos de simulación en que se pueden estudiar el flujo y fluctuaciones de este. Ademas se pueden estudiar alternativas.

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Uno de los ejemplos radicales es una técnica que introdujo Walmart en Estados Unidos que es la llamada 'Crossdocking'. Bajo este concepto se trata de eliminar bodegas y toda la logística asociada logrando coordinar el arribo con el uso de los recursos lo que se denomina 'just in time' o justo a tiempo. Bajo este concepto por ejemplo llega una compra y esta es inmediatamente distribuida en las fracciones correcta a camiones que van a los destinos donde se empelan:

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Video: La Otra Física: lo tradicional