Computadora analógica para niños
Una computadora analógica es un tipo de máquina que usa elementos físicos, como componentes electrónicos o mecánicos, para resolver problemas. Estos dispositivos representan los números y las cantidades con propiedades físicas que cambian de forma continua, como el voltaje eléctrico o la posición de un engranaje.
A diferencia de las computadoras digitales, que trabajan con números discretos (como los que usamos para contar), las computadoras analógicas usan la "analogía" entre diferentes fenómenos. Por ejemplo, pueden usar cómo se comporta la electricidad para entender cómo se mueven las cosas en mecánica, ya que ambos pueden describirse con ecuaciones matemáticas similares.
También existen las computadoras híbridas. Estas combinan lo mejor de ambos mundos: una computadora digital controla y organiza la información que entra y sale de dispositivos analógicos. Por ejemplo, la parte analógica podría calcular un punto de partida rápido para un problema, y luego la parte digital lo refinaría para obtener un resultado muy preciso. Un ábaco es un ejemplo de dispositivo digital, mientras que una regla de cálculo es un ejemplo de dispositivo analógico.
Las computadoras analógicas ideales trabajan con números que pueden tener cualquier valor (como los números reales), mientras que las digitales se limitan a números que se pueden contar. Esto significa que, en teoría, las computadoras analógicas podrían resolver algunos problemas que son muy difíciles o imposibles para las digitales.
Contenido
- Historia de las computadoras analógicas
- Computadoras analógicas electrónicas
- Computadoras híbridas analógicas-digitales
- Cómo funcionan los computadores analógicos
- Componentes principales
- Limitaciones
- Investigación actual
- Ejemplos prácticos de computadoras analógicas
- Computadoras reales (en teoría)
- Véase también
Historia de las computadoras analógicas
Las computadoras analógicas tienen una historia muy larga, ¡mucho antes de que existieran las computadoras electrónicas!
Primeros dispositivos analógicos
- Mecanismo de Anticitera: Se cree que este antiguo dispositivo griego, descubierto en un naufragio, es la primera computadora analógica mecánica conocida. Fue creado hace más de 2000 años y se usaba para predecir los movimientos de los cuerpos celestes.
- Astrolabio: Inventado en la antigua Grecia, el astrolabio era una herramienta muy útil para la astronomía. Podía resolver muchos problemas relacionados con la posición de las estrellas, la navegación y la medición del tiempo. Los astrónomos musulmanes lo mejoraron mucho y lo usaron para miles de cálculos.
- Equatorium: Este instrumento fue inventado en la España islámica alrededor del año 1015 por Azarquiel. Se usaba para calcular las posiciones de los planetas.
- Reloj del castillo: En 1206, Al Jazarí inventó un reloj astronómico que se considera la primera computadora analógica programable. Mostraba el zodiaco, las órbitas del Sol y la Luna, y tenía figuras que se movían y tocaban música. La duración del día y la noche se podía ajustar.
Avances en la Edad Media y el Renacimiento
- Astrolabio con calendario: En 1235, Abi Bakr, de Isfahán, creó un astrolabio que incluía un calendario mecánico con engranajes.
- Regla de cálculo: Inventada entre 1620 y 1630, esta herramienta manual permitía hacer multiplicaciones y divisiones de forma rápida, usando el concepto de los logaritmos.
Computadoras analógicas modernas
- Máquina de calendario perpetuo: Entre 1831 y 1835, Giovanni Plana creó una máquina que podía calcular el calendario de cualquier año entre el 0 y el 4000, considerando los años bisiestos.
- Predictor de mareas: William Thomson inventó en 1872 un sistema de poleas y cables que calculaba automáticamente el nivel de las mareas, lo que era muy útil para la navegación.
- Analizador diferencial: Inventado por James Thomson en 1876, esta máquina mecánica resolvía ecuaciones matemáticas complejas usando ruedas y discos. Leonardo Torres y Quevedo, un ingeniero español, también construyó máquinas similares.
- Computadoras de control de disparo: Hacia 1912, Arthur Pollen desarrolló una computadora analógica mecánica para sistemas de control de disparo, usada por la Marina Imperial Rusa en la Primera Guerra Mundial.
- Integrador de agua: Desarrollado en la URSS en 1936 por Vladímir Lukiánov, esta máquina usaba agua para resolver ecuaciones matemáticas, útil para calcular estructuras de hormigón y otras disciplinas.
- Dispositivos de la Segunda Guerra Mundial: Durante la Segunda Guerra Mundial, se usaron computadoras analógicas mecánicas en los sistemas de puntería de armas y visores de bombas.
- Calculadora Curta: Un dispositivo cilíndrico de manivela que podía realizar multiplicaciones, divisiones y otras operaciones.
- MONIAC Computer: Presentado en 1949, era un modelo hidráulico que simulaba la economía de un país.
Computadoras analógicas electrónicas
Las computadoras analógicas electrónicas usan componentes como amplificadores y resistencias para simular sistemas físicos. Por ejemplo, pueden representar un sistema de masa y resorte con un circuito eléctrico. Esto es útil porque es más barato, seguro y fácil de modificar que construir el sistema físico real. Además, los circuitos electrónicos pueden funcionar mucho más rápido que el sistema que están simulando, lo que permite obtener resultados más rápidamente.
La desventaja de estas computadoras es que su precisión está limitada por el ruido eléctrico y por el rango en el que pueden variar las señales. A diferencia de las computadoras digitales, que pueden ser muy precisas, la precisión de una analógica depende de la calidad de los instrumentos de medición.
Computadoras híbridas analógicas-digitales
Las computadoras híbridas combinan la velocidad de las analógicas con la precisión de las digitales. Un computador analógico puede dar un valor inicial muy rápido para un cálculo, y luego un computador digital lo refina para obtener una precisión muy alta. Esto es útil en aplicaciones que necesitan resultados rápidos y precisos, como en algunos sistemas de radar.
Cómo funcionan los computadores analógicos
En las computadoras analógicas, los cálculos se realizan usando las propiedades de la electricidad, como la resistencia y el voltaje. Por ejemplo, para sumar dos números, se pueden usar dos fuentes de corriente eléctrica en paralelo. La corriente total que fluye será la suma de las dos corrientes.
Una ventaja importante de las computadoras analógicas es que pueden realizar cálculos muy rápidamente, casi a la velocidad de la luz, sin los retrasos que a veces tienen las computadoras digitales. Esto las hace muy buenas para tareas como la integración, que es una operación matemática que calcula el área bajo una curva.
También pueden simular funciones no lineales (donde la relación entre la entrada y la salida no es una línea recta) usando circuitos especiales con componentes como diodos.
Cualquier proceso físico que simule un cálculo puede considerarse una computadora analógica. Por ejemplo, se puede usar un grupo de espaguetis para ordenar números, o un tablero con clavos y una banda elástica para encontrar la forma más pequeña que encierra un grupo de puntos.
Componentes principales
Aunque pueden parecer complicadas, las computadoras analógicas tienen componentes clave que realizan los cálculos.
Los componentes mecánicos pueden incluir engranajes y palancas. Los componentes eléctricos clave suelen ser:
- Potenciómetros: Resistencias variables que permiten ajustar valores.
- Amplificadores operacionales: Circuitos que amplifican señales y realizan operaciones matemáticas.
- Integradores: Circuitos que realizan la operación de integración.
- Generadores de funciones fijas: Circuitos que producen formas de onda específicas.
Las operaciones matemáticas principales que realizan las computadoras analógicas eléctricas son:
- Suma
- Inversión (cambiar el signo)
- Exponenciación (elevar a una potencia)
- Logaritmo
- Integración (con respecto al tiempo)
- Multiplicación y división
La diferenciación (la operación inversa a la integración) no se usa tan a menudo porque puede amplificar el ruido.
Limitaciones
Las computadoras analógicas tienen límites debido a las propiedades reales de los materiales y las señales. Factores como el ruido eléctrico, la falta de linealidad perfecta de los componentes, los cambios por la temperatura y otros efectos pueden afectar su precisión. Los fabricantes de componentes electrónicos siempre indican qué tan bien funcionan sus productos en relación con estas limitaciones.
Investigación actual
Aunque las computadoras digitales son muy comunes, todavía hay investigadores en todo el mundo que estudian las computadoras analógicas. Por ejemplo, en la Universidad de Indiana y en el Laboratorio de Robótica de Harvard, se investiga cómo mejorar y usar las computadoras analógicas.
Ejemplos prácticos de computadoras analógicas
Aquí tienes algunos ejemplos de computadoras analógicas que se han usado a lo largo de la historia:
- Mecanismo de Anticitera
- Astrolabio
- Analizador diferencial
- Predictor Kerrison (usado en sistemas de control de fuego)
- Integrador mecánico
- MONIAC (modelo hidráulico de la economía)
- Nomograma (una herramienta gráfica para cálculos)
- Mira Norden (un visor de bombas)
- Amplificador operacional
- Planímetro (para medir áreas en mapas)
- Rangekeeper (para control de fuego naval)
- Regla de cálculo
- Termostato (un control de temperatura)
- Predictor de mareas
- Torpedo Data Computer (para torpedos)
- Torquetum (instrumento astronómico)
- Integrador de agua
- Computador mecánico
Los sintetizadores de música analógicos también pueden verse como una forma de computadora analógica, ya que manipulan señales eléctricas para crear sonidos.
Computadoras reales (en teoría)
Los expertos en computación a veces se refieren a las computadoras analógicas ideales como "computadoras reales" porque, en teoría, pueden trabajar con números reales (que incluyen decimales infinitos). En cambio, las computadoras digitales deben convertir las señales en un número limitado de valores, por lo que solo pueden trabajar con números racionales (fracciones) o aproximaciones de números irracionales.
En teoría, estas computadoras analógicas ideales podrían resolver problemas que son imposibles para las computadoras digitales. Sin embargo, en la práctica, las computadoras analógicas reales están lejos de este ideal, principalmente por el problema del ruido. Por otro lado, una computadora digital ideal, con tiempo y memoria ilimitados, también podría resolver problemas de números reales.
Véase también
En inglés: Analog computer Facts for Kids
