Storyboard

Los mamíferos marinos (cetáceos, pinnípedos) han desarrollado sistemas sensoriales extraordinariamente sofisticados para el medio acuático. Los delfines producen clics de banda ancha (30120 kHz) de altísimo nivel (SL 220230 dB re 1Pa@1m, el sonido biológico más intenso conocido) que permiten ecolocalización con resoluciones de distancia de ~1 cm y discriminación de objetos de diferente material.

La ecuación de sonar activo determina el rango de ecolocalización: el rango máximo ocurre cuando SNR_out = DT (umbral de detección). Las pérdidas de trayectoria TL = 20·log(r) + ·r en agua son menores que en aire para bajas frecuencias (_agua << _aire), pero la absorción crece con f²: las altas frecuencias son absorbidas en metros, limitando la ecolocalización a distancias cortas.

Las ballenas azules y jorobadas usan el canal SOFAR (Sound Fixing And Ranging) para comunicarse a distancias de miles de kilómetros. En el canal SOFAR (profundidad de mínima velocidad del sonido, ~1000 m), el sonido queda atrapado por refracción y las pérdidas son solo cilíndricas (TL = 10·log(r), en lugar de 20·log(r) para propagación esférica), lo que extiende el alcance de 100× comparado con propagación libre.

El ojo del delfín está adaptado para funcionar en aire y en agua: la córnea es casi plana (no contribuye a la refracción bajo el agua), y el cristalino es casi esférico (muy potente) para compensar. La visión es bifocal: la pupila en forma de U permite enfocar simultáneamente en dos direcciones distintas. Bajo el agua, la visión es moderada (agudeza ~30 arcmin); en aire, sorprendentemente mejor.

Los cetáceos tienen depósitos de magnetita (FeO) en tejido blando craneal, lo que sugiere capacidad de magnetorrecepción para navegación oceánica. Las ballenas siguen rutas migratorias de miles de kilómetros con precisión de ~10 km, posiblemente usando el campo geomagnético como mapa (intensidad) y brújula (inclinación) para navigation bidimensional en el océano sin referencias visuales.

>Modelo

ID:('ky', 596)

Storyboard

$TL=20\log_{10}(r)+\alpha_{abs}r$

Variables

$TL$

Pérdida de trayectoria esférica

$dB$

$alpha_{abs}$

Absorción acústica

$dB/m$

$r$

Distancia fuente-blanco

$m$

>Modelo

ID:('gm', 5366)

Storyboard

$SNR_{out}=SL-2TL+TS-(NL+DI)$

Variables

$TS$

Fuerza de blanco

$dB$

$DI$

Índice de directividad

$dB$

$TL$

Pérdida de trayectoria esférica

$dB$

$SNR_{out}$

Relación señal-ruido de salida

$dB$

$NL$

Ruido ambiente

$dB$

$SL$

Nivel fuente

$dB re 1 ?Pa$

>Modelo

ID:('gm', 5367)

Storyboard

$SNR_{out}\ge DT$

Variables

$SNR_{out}$

Relación señal-ruido de salida

$dB$

$DT$

Umbral de detección

$dB$

>Modelo

ID:('gm', 5368)

Storyboard

$c_{agua}=1449+4.6T-0.055T^2+0.0003T^3+(1.39-0.012T)(S-35)+0.017z$

Variables

$S$

Salinidad

$1$

$T$

Temperatura del agua

$K$

$c_{agua}$

Velocidad del sonido en agua

$m/s$

$z$

Profundidad

$m$

>Modelo

ID:('gm', 5369)

Storyboard

$TL_{SOFAR}=10\log_{10}(r)$

Variables

$TL_{SOFAR}$

Pérdida en canal SOFAR

$dB$

$r$

Distancia fuente-blanco

$m$

>Modelo

ID:('gm', 5370)

Storyboard

$n_{agua}\sin\theta_{agua}=n_{aire}\sin\theta_{aire}$

Variables

$n_{agua}$

Índice refractivo del agua

$1$

$n_{aire}$

Índice refractivo del aire

$1$

$\theta_{agua}$

Ángulo bajo el agua

$rad$

$\theta_{aire}$

Ángulo en aire

$rad$

>Modelo

ID:('gm', 5371)

Storyboard

$\theta_{aire}=\arcsin\left(\frac{n_{agua}\sin\theta_{agua}}{n_{aire}}\right)$

Variables

$n_{agua}$

Índice refractivo del agua

$1$

$n_{aire}$

Índice refractivo del aire

$1$

$\theta_{agua}$

Ángulo bajo el agua

$rad$

$\theta_{aire}$

Ángulo en aire

$rad$

>Modelo

ID:('gm', 5372)

Storyboard

$\tau_{mag}=m_{part}B_{geo}\sin\alpha_{mag}$

Variables

$B_{geo}$

Campo geomagnético

$T$

$ au_{mag}$

Torque magnético

$N·m$

$m_{part}$

Momento magnético de magnetita

$A·m²$

$alpha_{mag}$

Ángulo magnetita-campo

$rad$

>Modelo

ID:('gm', 5373)

Storyboard

$\Delta r=\frac{c_{agua}}{2BW}$

Variables

$BW$

Ancho de banda acústico

$Hz$

$c_{agua}$

Velocidad del sonido en agua

$m/s$

$Delta r$

Resolución de distancia

$m$

>Modelo

ID:('gm', 5374)

Storyboard

$BW=\frac{0.44}{\tau_{click}}$

Variables

$BW$

Ancho de banda acústico

$Hz$

$ au_{click}$

Duración del clic

$s$

>Modelo

ID:('gm', 5375)

Storyboard

$\Delta T_{vibrisa}=gradT,\Delta x$

Variables

$Delta T_{vibrisa}$

Diferencia térmica en vibrisa

$K$

$gradT$

Gradiente térmico

$K/m$

$Delta x$

Distancia de comparación térmica

$m$

>Modelo

ID:('gm', 5376)

Storyboard

$I_{thermal}=\frac{\Delta T_{vibrisa}}{\Delta T_{thresh}}$

Variables

$I_{thermal}$

Índice térmico relativo

$1$

$Delta T_{vibrisa}$

Diferencia térmica en vibrisa

$K$

$Delta T_{thresh}$

Umbral térmico de vibrisa

$K$

>Modelo

ID:('gm', 5377)

Descripción

Red de modelo

• Método alternativo
• Método tradicional
• Estrategia
• 2D
• 3D

Ecuación

Número

Primero, seleccione la ecuación:   a ,  luego, seleccione la variable:   a 

---

Símbolo

Ecuación

Resuelto

Traducido

Cálculos

Símbolo

Ecuación

Resuelto

Traducido

 Variable   Dado   Calcule   Objetivo :   Ecuación   A utilizar

Variables

$TS$

TS

Fuerza de blanco

dB

$DI$

DI

Índice de directividad

dB

$n_{agua}$

n_agua

Índice refractivo del agua

1

$n_{aire}$

n_aire

Índice refractivo del aire

1

$I_{thermal}$

I_thermal

Índice térmico relativo

1

$TL$

TL

Pérdida de trayectoria esférica

dB

$TL_{SOFAR}$

TL_SOFAR

Pérdida en canal SOFAR

dB

$SNR_{out}$

SNR_out

Relación señal-ruido de salida

dB

$NL$

NL

Ruido ambiente

dB

$S$

S

Salinidad

1

$DT$

DT

Umbral de detección

dB

$alpha_{abs}$

alpha_abs

Absorción acústica

dB/m

$BW$

BW

Ancho de banda acústico

Hz

$B_{geo}$

B_geo

Campo geomagnético

T

$Delta T_{vibrisa}$

Delta_T_vibrisa

Diferencia térmica en vibrisa

K

$T$

T

Temperatura del agua

K

$Delta T_{thresh}$

Delta_T_thresh

Umbral térmico de vibrisa

K

$gradT$

gradT

Gradiente térmico

K/m

$SL$

SL

Nivel fuente

dB re 1 ?Pa

$c_{agua}$

c_agua

Velocidad del sonido en agua

m/s

$ au_{mag}$

tau_mag

Torque magnético

N·m

$Delta x$

Delta_x

Distancia de comparación térmica

m

$r$

r

Distancia fuente-blanco

m

$z$

z

Profundidad

m

$Delta r$

Delta_r

Resolución de distancia

m

$m_{part}$

m_part

Momento magnético de magnetita

A·m²

$\theta_{agua}$

theta_agua

Ángulo bajo el agua

rad

$\theta_{aire}$

theta_aire

Ángulo en aire

rad

$alpha_{mag}$

alpha_mag

Ángulo magnetita-campo

rad

$ au_{click}$

tau_click

Duración del clic

s

ID:(0, 596)