Title: Unidad 6
Course: Ciencias Naturales Cultiva 8 EGB

Dinámica y astronomía

Unidad 6

Dinámica y astronomía

En esta unidad analizaremos que incluso la ubicación de un objeto es relativa al punto de referencia con el que se lo mira; también los factores que intervienen en el movimiento de los cuerpos; y la relación que existe entre la rapidez y la velocidad, el desplazamiento y la distancia.

Este acercamiento, desde el punto de vista de la física, nos permitirá percibir de una manera diferente los elementos y dinámicas del sistema solar, comprenderlos y diferenciarlos, así como también observar los fenómenos que ocurren en el universo.

  Se ha comprobado que el universo está en constante expansión y que sus elementos son dinámicos, lo cual no siempre se hace evidente desde nuestro punto de vista.

Objetivos

O.CN.4.6. Investigar en forma experimental el cambio de posición y velocidad de los objetos por acción de una fuerza, su estabilidad o inestabilidad y los efectos de la fuerza gravitacional.

O.CN.4.8. Investigar en forma documental la estructura y composición del universo; las evidencias geológicas y paleontológicas en los cambios de la Tierra y el efecto de los ciclos biogeoquímicos en el medio natural. Todo, con el fin de predecir el impacto de las actividades humanas e interpretar las consecuencias del cambio climático y el calentamiento global.

O.CN.4.9. Comprender la conexión entre la ciencia y los problemas reales del mundo, como un proceso de alfabetización científica, para lograr, en los estudiantes, el interés hacia la ciencia, la tecnología y la sociedad.

Ministerio de Educación, (2016).

Posición de un objeto respecto a una referencia

Tema 1

Posición de un objeto respecto a una referencia

Saberes previos

Cuando te piden que busques un objeto, ¿qué tipo de indicaciones requieres para dar con él?

Desequilibrio cognitivo

¿Es posible ver un mismo avión que se mueva rápido y lento simultáneamente?

Todo es relativo

Es posible que escuches esta expresión con frecuencia en tu vida diaria. Por ello es interesante analizar este término con una perspectiva que se basa en la física, es decir, en el estudio de las propiedades, tanto de la materia como de la energía, para comprender los fenómenos que se producen en la naturaleza.

Si observamos un objeto, podemos determinar si se encuentra estático o en movimiento. Si se mueve, establecemos si lo hace con rapidez o lentamente, para lo cual consideramos su posición y el tiempo. Si nos fijamos hacia dónde se mueve, añadimos la noción de la dirección. Pero, ¿qué viene a tu mente si te decimos que todo esto es relativo? El movimiento y la ubicación de un objeto dependen de un sistema de referencia, de la perspectiva a partir de la cual se mira el objeto. Para aclarar esto, hagamos uso de un ejemplo.

Ensaya cuatro diferentes modos de explicarle a una persona (que no ve esta imagen) el lugar donde está la pera.

Estás viajando en un avión. Para las personas que están en tierra, ese avión a lo lejos parece moverse lentamente por el cielo. El piloto mira el indicador de velocidad y ve que están por sobre los 900 km/h, casi el doble de lo que puede alcanzar el tren más rápido del mundo (el tren bala del Japón logra 500 km/h), pero tú que estás cómodamente sentado dentro del avión, pones azúcar en tu té y casi ni te preocupas de que se derrame porque no sientes movimiento. ¿Cómo es posible que todo esto pase al mismo tiempo?

Pues bien, todo depende del punto de referencia con el que se observa al objeto y si esta perspectiva cambia o se mantiene a medida que pasa el tiempo.

Glosario

perspectiva. Es un punto de vista, pero también una manera de representar objetos, considerando tres dimensiones.

magnitud. Cualquier propiedad que pueda medirse de acuerdo con una escala, por ejemplo, la longitud que se mide en metros.

El movimiento de traslación de la Tierra alrededor del Sol alcanza una velocidad promedio de 29,8 km/s. Quienes habitamos el planeta somos incapaces de percibir este rápido desplazamiento porque su magnitud se mantiene constante.

La posición y el movimiento

Para poder continuar, es importante aclarar algunos conceptos clave. El primero es la posición del objeto, que se define como la localización del lugar que ocupa en el espacio (donde se consideran las tres dimensiones: ancho, largo y profundidad).

El movimiento se produce cuando un objeto cambia su posición con respecto a un punto de referencia, en un periodo determinado de tiempo; de esta manera también se modifica la distancia entre el objeto y su punto de referencia. Este cambio de posición es materia de estudio de la dinámica y la cinemática, dos ramas de la física que se encargan de los fenómenos relacionados con el movimiento.

El movimiento está compuesto, entonces, por los siguientes elementos:

La posición de los objetos se puede representar en un mapa, en el cual solo se consideran dos dimensiones.

a) La trayectoria

Consiste en el recorrido que hace el objeto, el cual se compone de todos los puntos por los que pasó.

b) La distancia

Es la longitud que existe entre el punto de partida de un objeto en movimiento y el lugar al que llega. Es una magnitud que se mide en kilómetros, metros, centímetros o pulgadas, por citar algunas unidades.

c) La velocidad

Es la magnitud que mide la distancia recorrida por el objeto en un tiempo determinado. Es una magnitud que se mide en kilómetros por hora (km/h), metros por segundo (m/s), o millas por hora (mill/h), dependiendo del sistema de unidades utilizado.

La trayectoria del avión sería su recorrido en forma de bucle.

Tipos de movimiento

Dependiendo del tipo de trayectoria del objeto, el movimiento puede clasificarse dentro de los siguientes tipos:

1. Movimiento rectilíneo: cuando la trayectoria es una línea recta. Por ejemplo: el movimiento de una bola de boliche cuando es arrojada.

1. Movimiento circular: cuando la trayectoria describe una curva o esfera. Por ejemplo, la rotación de la llanta de una bicicleta.

Dependiendo del tipo de trayectoria del objeto, el movimiento puede clasificarse dentro de los siguientes tipos:

1. Movimiento elíptico: cuando la trayectoria es en forma de elipse, es decir, un círculo que no es regular sino achatado. Por ejemplo: la trayectoria que describen los planetas alrededor del sol.
2. Movimiento parabólico: con frecuencia, la trayectoria en forma de parábola se produce en objetos que han sido disparados hacia el cielo y por efecto de la gravedad van perdiendo altura mientras se desplazan. Por ejemplo: una pelota de fútbol que ha sido pateada.

Laboratorio casero

Sigue las instrucciones del siguiente video:

www.mayedu.ec/nat8/p154

Realiza tu proyector de hologramas casero y responde: ¿cuáles son las tres dimensiones de la imagen que se proyecta?

Sistema de referencia

Ahora es tiempo de analizar cuáles son los posibles sistemas de referencia que se utilizan para explicar el movimiento de los cuerpos y para visualizar cómo influyen sobre sus componentes.

Si el movimiento sucede en una sola dimensión, se emplea como marco de referencia a una línea horizontal que toma el nombre de eje X. El punto medio de esta línea se llama 0 y corresponde al lugar de origen del movimiento. Esto sucede en el movimiento rectilíneo, por ejemplo, en el de una bicicleta.

Cuando el movimiento es bidimensional, se utiliza un plano cartesiano, que incluye el eje X y el eje Y. Este marco se usaría si, por ejemplo, analizamos cuanto tiempo tarda en llegar al suelo un objeto que se deja caer desde un avión.

En el caso de un movimiento de tres dimensiones, el marco de referencia incluye el eje Z, tal como se ve en el siguiente esquema que corresponde al ejemplo de una partícula de la cual se grafica su velocidad, su posición y su aceleración.

CN.4.3.1. Investigar en forma experimental y explicar la posición de un objeto respecto a una referencia, ejemplificar y medir el cambio de posición durante un tiempo determinado.

Rapidez promedio de un objeto en situaciones cotidianas

Tema 2

Rapidez promedio de un objeto en situaciones cotidianas

Saberes previos

¿Has participado en competencias de velocidad entre amigos y amigas? ¿De qué depende ganar?

Desequilibrio cognitivo

La rapidez relaciona la distancia recorrida en un tiempo determinado. ¿Por qué un avión es más rápido que un automóvil?

La rapidez con la que un camaleón puede proyectar su lengua hacia su presa lo hace un insectívoro muy eficiente.

La rapidez es una magnitud escalar

Al hablar es frecuente usar como sinónimos las palabras rapidez y velocidad; pero desde la perspectiva de la física hay una distinción entre ambos términos, tal como explicaremos a continuación.

La rapidez consiste en la distancia que recorre un cuerpo en movimiento en un tiempo determinado. Por ejemplo, cuántos kilómetros se ha movido una bicicleta en 20 minutos. Se trata de una magnitud escalar porque puede ser representada con un número y no depende de la dirección del movimiento (como sí depende la velocidad, lo cual se aclarará más adelante). Por esta razón, la rapidez se mide con unidades como kilómetros sobre hora, metros sobre segundo, millas sobre hora o nudos sobre hora, por citar algunos ejemplos.

Rapidez = distancia/tiempo

En nuestro ejemplo. Rapidez = \( \frac{(6km)}{(20min)} o R \frac{(6km)}{(0.33h)} \)

La rapidez de la bicicleta de la imagen sería de 18,18 km/h.

De esta fórmula se puede despejar la distancia o el tiempo:

Distancia = rapidez • tiempo.

tiempo.Apliquemos esto en un ejemplo.

La luz del Sol se demora en llegar a la superficie de nuestro planeta aproximadamente 8,3 minutos. Sabemos que la rapidez con la que se mueve la luz equivale a 300 000 kilómetros por segundo. Con estos datos, calcula la distancia entre el sol y nuestro planeta.

Datos:

Tiempo = 8,3 minutosRapidez = 300 000 km/s

• Primero: debemos transformar los 8,3 minutos a segundos.

1 minuto tiene 60 segundos, por lo tanto, 8,3 minutos tendrán 498 segundos.

• Segundo: conociendo que Rapidez =\( \frac{distancia}{tiempo} \)  , despejamos la distancia; quedará entonces: Distancia = (rapidez) • (tiempo).

• Tercero: reemplazamos por los valores numéricos

D = 300 000 km/s • 498 s

• Cuarto: realizamos la multiplicación = 149 400 000 km (149,4 millones de kilómetros) separan al Sol de la Tierra.

TIC

Observa el siguiente video sobre las diferencias entre magnitudes escalares y vectoriales:

www.mayedu.ec/nat8/p156

Busca otros ejemplos de magnitudes escalares que usamos con frecuencia.

Resolvamos otro ejercicio.

¿Cuántos días le tomaría a una ballena jorobada que parte de la Antártida alcanzar las costas de Ecuador que se encuentran a una distancia aproximada de 10 462 km desde el continente blanco?

Consideremos que su rapidez es de aproximadamente 4 nudos por hora (kn/h, pues proviene del inglés knot) y que hipotéticamente no haría ninguna parada de descanso.

Datos:

Distancia = 10 462 km

Rapidez = 4 kn/h

Transformamos kn/h a km/h: 4 kn/h = 7,2 km/h

Tiempo = \( \frac{10 462 km}{ 7,2 km/h} \)

Tiempo = 1 453,1 h, lo que equivale a 60,55 días.

Glosario

aceleración. Es el incremento en la rapidez de un cuerpo que se produce cuando sobre él se ha aplicado una fuerza de magnitud positiva.

desaceleración. Aceleración negativa como producto de la desaceleración de un móvil cuando pasa de una velocidad mayor a una menor (aunque con la misma trayectoria).

Rapidez promedio

En el problema anterior supusimos dos cosas que no son reales: la primera, que las ballenas pueden nadar en línea recta, sin necesidad de descansar o desviarse, lo cual no es así; y la segunda, que viajan con una rapidez constante, sin tomar en cuenta que habrá momentos en que naden más rápido, para huir de un peligro, o más lento, si van en contra de corrientes marinas o necesitan ali- mentarse.

Por ello, se utiliza la rapidez promedio, es decir, aquella que solamente considera la distancia total recorrida en el tiempo total que se empleó para hacer este movimiento, sin considerar los mo- mentos de aceleración o de desaceleración.

Rapidez promedio = \( \frac{ distancia~total~recorrida }{tiempo~total~empleado } \)

Esto se expresa de forma resumida:

R_p=\( \frac{d}{t} \)

donde:

R_p = rapidez promedio

d = distancia y

t = tiempo

Para calcular la rapidez promedio, se tomaría en cuenta la distancia entre los puntos e_1 y e_3 ; mientras que para obtener la rapidez instantánea, se consideraría aquella longitud más corta entre los puntos e_1 y e_2.

La rapidez promedio generalmente es solo una referencia, pues los objetos en movimiento suelen acelerar, desacelerar o detenerse.

Los radares automáticos miden la rapidez instantánea de los autos para determinar si van a exceso de velocidad o no, justo en el momento de pasar por ellos, pero no pueden constatar qué pasa antes o después de ellos.

Rapidez instantánea

Corresponde al valor de rapidez de un objeto en un momento preciso de su recorrido. En el ejemplo de la ballena, la rapidez promedio son los 4 nudos por hora que ya mencionamos, pero una rapidez instantánea sería la que tuvo cuando llegó al puerto de Valparaíso, en Chile, que supongamos fue de 3 km/h.

Calcular la rapidez instantánea es difícil, por lo que se emplean ciertas herramientas, como los radares automáticos o los velocímetros que miden lo que pasa en una fracción pequeña de tiempo. Si no disponemos de estos mecanismos, lo que se puede hacer es un cálculo aproximado del tiempo que se emplea en recorrer una fracción pequeña de la distancia total, pero este valor tendrá un cierto margen de error que será mayor, mientras más grande sea la distancia con la que se trabaja.

Interdisciplinariedad

Física y deportes (velerismo)

La navegación a vela requiere de un profundo conocimiento acerca de cómo modificar la posición de las velas para hacer que el viento que incide sobre su superficie externa (barlovento) e interna (sotavento) genere la fuerza necesaria para lograr la mayor rapidez posible.

Rapidez constante

Cuando un cuerpo se mantiene siempre con la misma rapidez, se dice que esta es constante. En otras palabras, su rapidez instantánea siempre es la misma; otra forma de expresar esto es decir que su rapidez promedio es igual a la rapidez instantánea.

Un ejemplo de rapidez constante es aquella que se logra en los vehículos automáticos cuando se acciona la opción de velocidad de crucero; de esta manera el vehículo avanza sin que se pise su acelerador y sin modificar su movimiento. Este es el movimiento que estudiamos anteriormente y que adopta el nombre de rectilíneo uniforme.

El piloto automático hace que el avión se mueva con rapidez y rumbo constantes, permitiendo el descanso de la tripulación de cabina en vuelos muy largos.

CN.4.3.2. Observar y analizar la rapidez promedio de un objeto en situaciones cotidianas que relacionan distancia y tiempo transcurrido.

La velocidad de un objeto con referencia a su dirección y rapidez

Tema 3

La velocidad de un objeto con referencia a su dirección y rapidez

Saberes previos

¿Qué sucede cuando a un objeto en movimiento se le aplica una fuerza de empuje?

Desequilibrio cognitivo

¿Por qué una aguja y una hoja de papel que se dejan caer desde la misma altura llegan al suelo en momentos diferentes?

La velocidad es una magnitud vectorial

Si la rapidez es una magnitud escalar, la velocidad, por su parte, corresponde a una magnitud vectorial porque mide el desplazamiento de un objeto en un tiempo determinado, considerando su dirección. Esto puede ser expresado por la siguiente fórmula:

Velocidad = \( \frac{desplazamiento}{tiempo} o ~\nu =\frac{d}{t} \)

La sonda espacial Juno que orbita Júpiter es una de las máquinas más veloces construidas (61,7 km/s), pero no llega ni de cerca al 0,1 % de la velocidad de la luz.

Analicemos esta definición por partes.

Para empezar, es importante que comprendamos qué es el desplazamiento, pues se lo suele confundir con la distancia. El desplazamiento corresponde a la diferencia en la posición de un objeto que se ha movido. Para decirlo de otra forma, se trata del tamaño que alcanza una recta que se traza entre el punto de inicio y el lugar a donde ha llegado un objeto.

De esta manera, puede suceder que si un cuerpo sale de un punto, pero luego de su recorrido llega al mismo lugar del que partió, el desplazamiento es igual a cero, sin importar que se haya movido una cierta cantidad de metros. Un ejemplo de esto sería el movimiento de un tren luego de su viaje de ida y vuelta.

Otro ejemplo de desplazamiento cero (“0”) puede ser graficado dentro del plano cartesiano siguiente:

Aquí se grafica el desplazamiento de un objeto que desde su punto de origen se mueve 2 metros hacia el este, luego 3 metros hacia el norte, y desde allí regresa al punto de origen, moviéndose hacia el suroeste.

Es por esto que conocer la dirección del movimiento es imprescindible para poder calcular la velocidad.; de allí que esta magnitud física sea representada por un vector. El vector es una flecha que tiene un punto de origen, un módulo (su longitud), una dirección (la línea recta que representa su desplazamiento) y un sentido (hacia donde se produce el movimiento).

Cuando representamos la velocidad en un plano cartesiano, es importante notar que si el sentido del movimiento es hacia la derecha, a partir del punto de origen en el eje X, se trata de una magnitud positiva; por el contrario, si el sentido del movimiento es hacia la izquierda, con referencia al punto cero (origen), su magnitud es negativa. De igual manera, si el objeto se desplaza hacia arriba del punto cero, en el eje Y, su valor es positivo, y lo contrario sucede si se mueve hacia abajo.

Las unidades más frecuentes con las que se expresa la velocidad son los metros por segundo (m/s), los kilómetros por hora (km/h), las millas por hora (mill/h) o los nudos por hora (kn/h), recordando siempre mencionar el sentido de la dirección. Por ejemplo, un auto se mueve a 40 km/h hacia el sur.

Tipos de velocidad

a) Velocidad instantánea: aquella que se marca en una fracción determinada del desplazamiento que realiza un objeto. Por ejemplo, la velocidad que alcanza un avión a 30 minutos del despegue.

b) Velocidad promedio: al igual que con la rapidez promedio, corresponde a un referente que no considera lo que pasa durante todo el desplazamiento ni los momentos de aceleración o desaceleración o la posibilidad de que el objeto interrumpa su movimiento por un momento. Lo que toma en cuenta es su desplazamiento total en relación con todo el tiempo que se empleó en recorrerlo. Por lo tanto, su fórmula es:

Desarrollemos un ejercicio.

Desde la ciudad de Ibarra parte un automóvil con dirección al sur y llega a la ciudad de Ambato luego de 5 horas. En el trayecto hizo una pausa para cargar gasolina, otra en Cayambe para comprar bizcochos y una tercera parada en Salcedo para tomar helados. Entre Ibarra y Ambato existen 263,5 km, en línea recta, pero el odómetro marca 282 km recorridos. Calculemos la velocidad y la velocidad promedio de este vehículo en m/s

Glosario

odómetro. Dispositivo de los ve- hículos que indica las distancias que recorren.

Glosario

fuerza. Se la define como cualquier agente capaz de modificar el estado de movimiento o forma de un objeto.

TIC

Observa este video que resume lo que hemos visto sobre rapidez, velocidad y aceleración:

www.mayedu.ec/nat8/p162

Responde: ¿por qué las unidades que miden la aceleración tienen una unidad de longitud sobre una unidad de tiempo al cuadrado?

Laboratorio casero

Busca dos objetos de tamaño y forma similares, pero de diferente peso. Podrían ser dos pelotas del mismo diámetro pero la una de ping-pong y la otra de caucho. Déjalas caer simultáneamente desde una misma altura y fíjate en los resultados. Repite la experiencia cuantas veces sea necesario para asegurarte de los resultados. Responde: ¿el peso influye sobre la aceleración que obtiene el objeto al caer

c) Velocidad constante: es similar a la rapidez constante, pero considerando el desplazamiento en lugar de la distancia. Para que suceda, no debe existir ni aceleración ni desaceleración, como ocurre con la luz, cuyo movimiento a través del espacio es constante.

La fuerza gravitacional que mantiene a los planetas orbitando alrededor del sol hace que mantengan una velocidad constante.

Aceleración positiva y negativa

Cuando sobre un cuerpo aplicamos una fuerza para modificar su movimiento, se habla de aceleración. En fórmula, la aceleración se expresa de la siguiente manera:

Como se puede ver, la aceleración es una magnitud vectorial, pues toma en cuenta con qué sentido se produce el movimiento. Es así que existe una aceleración positiva que en el plano cartesiano se representa con un movimiento hacia la derecha del punto de origen, en el eje X, o hacia arriba, en el eje Y. La aceleración corresponde al incremento en la velocidad del objeto.

Por su parte, una aceleración negativa se representa hacia la izquierda del eje X o hacia abajo, en el eje Y. La aceleración negativa se conoce con el nombre de desaceleración y se produce cuando hay una fuerza contraria al movimiento (por ejemplo, la presión del agua, del aire o la fricción del piso sobre un objeto que se desliza sobre él).

Ejemplos de diferentes tipos de fuerza que pueden acelerar o desacelerar objetos.

Las unidades más utilizadas para expresar la aceleración de un cuerpo son los m/s^2, km/h^2 o inch/s^2 (pulgadas por segundo al cuadrado).

CN.4.1.7. Analizar los niveles de organización y diversidad de los seres vivos y clasificarlos en grupos taxonómicos, de acuerdo con las características observadas a simple vista y las invisibles para el ojo humano.

Planetas, satélites, cometas y asteroides

Tema 4

Planetas, satélites, cometas y asteroides

Saberes previos

¿Te interesas por conocer acerca del espacio exterior? ¿Por qué?

Desequilibrio cognitivo

¿Existe alguna relación entre el tamaño de los planetas y su posibilidad de albergar organismos vivos?

Diferentes cuerpos celestes

Desde la Antigüedad, el ser humano ha observado el espacio exterior durante las noches despejadas, y ya fue capaz de distinguir que algunos cuerpos eran diferentes. Sin embargo, es desde principios del siglo XVII que el uso del telescopio inició con mayor profundidad la exploración espacial y, con ello, la posibilidad de desentrañar parte de las características del universo.

En la actualidad, el desarrollo de satélites artificiales, sondas, estaciones y viajes espaciales ha permitido tener imágenes detalladas e incluso muestras de los cuerpos celestes más cercanos. Gracias a esto se ha logrado conocer e inferir las peculiaridades de nuestro sistema solar y de una porción de la galaxia en la que nos encontramos (la Vía Láctea).

En primer plano se observa un exoplaneta con su satélite y, al fondo, numerosas estrellas en medio de una nube de polvo y gases.

Empezando por su origen, tamaño, forma, materia que lo compone, tipo de movimiento que tiene, propiedades, antigüedad o brillo, cada componente del cosmos tiene sus particularidades y gracias a ello logramos identificar, distinguir y asignar un nombre diferente. Así existen: estrellas, planetas, satélites, cometas, meteoros, asteroides, agujeros negros, nebulosas, o cúmulos que forman parte de sistemas planetarios y galaxias y que, en conjunto, ocupan el 5 % de todo lo que existe.

Glosario

exoplaneta. Se denominan así a los planetas que están fuera de nuestro sistema solar.

sonda. Aparato que se envía al espacio para colectar información sobre sus características.

Pero también hay, y en mayor cantidad, lo que se conoce como materia oscura y energía oscura. La materia oscura se llama así porque ni absorbe ni refleja luz y, por lo tanto, no es visible. Sin embargo, su presencia es evidente gracias a la fuerza de gravedad que ejerce sobre los otros cuerpos, sin la cual los componentes de las galaxias no se mantendrían juntos ni las órbitas por las que transitan serían tan estables. Se piensa que la materia oscura ocupa cerca del 25 % de todo lo que se encuentra en el universo.

Desde la Tierra vemos solo una porción de la Vía Láctea, una galaxia que, a pesar de su mediano tamaño, requeriría cerca de 200 000 años para ser atravesada por un vehículo que se moviera a la velocidad de la luz.

Por su parte, la energía oscura (que constituye el 70 % del cosmos), es la fuerza responsable de que las galaxias estén en expansión, con una aceleración que va en aumento, pese a la fuerza de gravedad que, por el contrario, atrae unas galaxias hacia las otras. Pero tanto la materia como la energía oscura son grandes desconocidas sobre las que todavía hay mucho por descubrir.

¿Qué son los planetas?

Se consideran planetas a aquellos cuerpos celestes que carecen de luz propia y que cumplen con las siguientes condiciones: se movilizan alrededor de una estrella en una órbita estable, tienen suficiente masa como para que su gravedad logre el equilibrio hidrostático que les confiere una forma esférica, y han desplazado a otros cuerpos celestes que pudieron estar interfiriendo en su órbita.

La materia oscura permite que las galaxias mantengan su forma, pero la energía oscura hace que se alejen unas de otras, como se muestra en esta imagen.

En nuestro sistema solar existen ocho planetas que orbitan alrededor de nuestra estrella que es el Sol, y cada uno de ellos tiene sus propias características. Los cuatro planetas más cercanos (Mercurio, Venus, Tierra y Marte) están formados principalmente por rocas y metales, y su tamaño es pequeño en comparación con los cuatro gigantes gaseosos que están en las órbitas más externas (Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno).

Representación didáctica de nuestro sistema solar. Los tamaños y proporciones de sus componentes no corresponden a la realidad.

Hasta lo que se sabe, el nuestro es el único planeta que reúne las condiciones suficientes para permitir la vida, gracias a lo siguiente:

Glosario

fuerza de gravedad. Es una fuerza que atrae a los cuerpos celestes hacia otros que tienen mayor cantidad de materia.

equilibrio hidrostático. Se logra cuando la energía interna del cuerpo celeste es igual a la presión que experimenta la materia que lo compone, por efecto de la gravedad.

sublimación. Proceso por el cual una sustancia pasa del estado sólido al gaseoso, abruptamente.

1. No es ni muy grande ni muy pequeño, por lo que su gravedad no es tan poderosa como para dificultar el crecimiento de los seres vivos. Por otra parte, la fuerza de gravedad de la Tierra es suficiente para permitir la formación de una gruesa atmósfera que nos protege de la radiación solar nociva y permite, a la vez, el paso de la luz que proporciona la energía para la vida.

TIC

Observa el siguiente video sobre cometas:

www.mayedu.ec/nat8/p166

Responde: ¿cuál es la diferencia entre cometas, asteroides, meteoros y meteoroides?

Interdisciplinariedad

Astronáutica y agricultura

La ciencia espacial también se enfoca en ayudar a maximizar los esfuerzos productivos en nuestro planeta cuando, por ejemplo, programa los satélites que ayudan a explorar la humedad del suelo o a predecir sequías. Esto facilita los esfuerzos de agricultores de todo el mundo.

1. La Tierra está situada a la distancia ideal con relación al Sol (149,5 millones de kilómetros), por lo que su temperatura superficial permite la presencia de agua en estado líquido y con ello se facilitan las reacciones químicas (también llamadas metabólicas) dentro de los seres vivos.

Hasta el año 2006 se consideraba a Plutón como el planeta más externo del sistema solar; sin embargo, ahora se lo clasifica como un planeta enano, debido a que su órbita es irregular y se cruza con la órbita de Neptuno. Además, su pequeño tamaño y su naturaleza rocosa, muy diferente a la de sus gaseosos vecinos, hace pensar que ni siquiera se originó con nuestro sistema solar, sino que en algún momento fue atraído por la gravedad.

Los satélites

Con frecuencia, existen uno o más cuerpos de menor tamaño girando en órbitas alrededor de un planeta. Estos son los satélites naturales que, a su vez, acompañan a su respectivo planeta en el recorrido alrededor de la estrella principal en su sistema.

Fotografía de un satélite artificial cuya función es el monitoreo meteorológico.

Por otra parte, la Tierra cuenta también con numerosos satélites artificiales que han sido puestos en órbita con la finalidad de monitorear eventos climáticos del planeta, favorecer las comunicaciones, la ubicación geográfica y la investigación espacial. También se han colocado satélites artificiales en cuerpos celestes cercanos a fin de estudiarlos.

Cometas y asteroides

Otros elementos comunes del espacio son los cometas y asteroides. Los cometas están formados por rocas, polvo y hielo, y describen grandes órbitas alrededor del sol, generalmente con formas elípticas. Al momento de aproximarse el cometa al sol, su hielo se sublima y al mezclarse con el polvo, hace que el cometa aparente tener una cola.

Ilustración de cómo luce un cinturón de asteroides en el espacio.

Los asteroides, por su parte, son de naturaleza rocosa y no llegan a tener el tamaño de un planeta. En nuestro sistema solar, se encuentran con mayor frecuencia orbitando en la región conocida como el “cinturón de asteroides”, que se ubica entre Marte y Júpiter, o cruzando las órbitas de otros planetas.

CN.4.4.3. Observar, con uso de las TIC y otros recursos, y explicar la apariencia general de los planetas, satélites, cometas y asteroides, y elaborar modelos representativos del sistema solar.

Posición relativa del Sol, la Tierra y la luna

Tema 5

Posición relativa del Sol, la Tierra y la luna

Saberes previos

¿Cuáles son los fenómenos astronómicos que más te impresionan?

Desequilibrio cognitivo

¿Es posible que la ubicación de los cuerpos celestes revele datos sobre sus características?

El estudio de la posición relativa de los cuerpos celestes fue importante para muchas civilizaciones antiguas. La imagen corresponde a las piscinas de Tulipe, un centro ceremonial y de observación astronómica para el pueblo yumbo que habitó en el noroccidente de Pichincha entre 600 y 1600 e.c. (era común).

El Sol es principio de vida

Pese a que los seres vivos tenemos ciclos que están influenciados por eventos periódicos (como el día o la noche, las estaciones o el cambio de las mareas), no siempre nos resulta obvia la interacción que existe entre estrellas, satélites y otros cuerpos celestes que están cercanos a la Tierra.

La importancia del sol para los organismos es enorme, pues sin la luz y el calor que nos proporciona no tendríamos la fotosíntesis. Sin esta se perdería el alimento de la mayoría de las especies terrícolas. Tampoco tendríamos el agua líquida que permite casi todas nuestras reacciones metabólicas.

De allí que es necesario analizar cómo influye la posición de esta estrella sobre la Tierra.

La distancia o proximidad del Sol y la inclinación del eje de rotación de la Tierra son los responsables de las cuatro estaciones que se presentan en momentos opuestos en el hemisferio norte y sur. En sitios cercanos a la línea ecuatorial, esto no sucede, pues no hay tanta variación en la radiación solar recibida.

Recordemos que nuestro planeta se traslada alrededor del Sol en un periodo de 365,26 días, tiempo que consideramos como un año terrestre. Este movimiento se realiza en una órbita de forma elíptica, lo que hace que en ciertos puntos nuestro planeta esté más cerca del Sol (equinoccios) o más alejado de él (solsticios). Por otro lado, este eje de rotación de la Tierra tiene una inclinación que hace que la cantidad de rayos solares llegue de manera diferente al hemisferio norte y sur del planeta.

Por otro lado, a pesar de que muchas veces ignoramos la importancia de tener periodos de luz (día) y oscuridad (noche), el funcionamiento de todos los organismos responde a estos estímulos, creando lo que se conoce como ciclos circadianos.

Cuando una persona viaja a lugares con gran diferencia horaria, el ciclo circadiano se ve afectado y le tomará algo de tiempo el reajustarse a su nueva situación.

Glosario

ciclos circadianos. Variaciones que se producen en el aspecto físico, mental y en la conducta de los seres vivos, en respuesta a periodos de luz y de oscuridad.

La luna no solo influye en los románticos

Posiblemente hayas escuchado que en noches de luna llena hay quienes no pueden dormir o se encuentran más inquietos que de costumbre. No se trata de un mito o de una justificación; en realidad, nuestro satélite natural influye sobre la Tierra y sus habitantes mucho más de lo que solemos notar. Pero ¿a qué se debe este influjo?

La distancia de la luna (a 402 000 kilómetros de la Tierra) y su tamaño (3 474,2 km de diámetro) hacen que se sienta atraída permanentemente a nuestro planeta y, al mismo tiempo, que ejerza una fuerza de gravedad tan sutil pero importante como para atraer a todos los cuerpos terrícolas de agua líquida. Los mares, al ser grandes cúmulos, son los lugares donde se evidencia con mayor facilidad esta atracción, gracias a los ciclos mareales que responden a la proximidad o distancia de la luna.

Algunos fenómenos astronómicos de relevancia

Como la posición de los cuerpos celestes va cambiando en el tiempo, ya sea porque se trasladan en sus órbitas habituales o porque ha sucedido algún evento (como la explosión de una estrella) que los desvía, a menudo se producen interacciones con otros elementos del cosmos. Entre ellas se encuentran las siguientes:

Aunque desde el punto de vista científico no es fácil explicar el influjo de nuestro satélite sobre los seres vivos, los agricultores toman muy en cuenta las fases de la luna para optimizar sus esfuerzos en la siembra, poda o cosecha

En el eclipse total solar, la luna nueva se interpone entre la Tierra y el Sol, y tapa su brillo de manera considerable durante un par de horas aproximadamente.

Fotografía que ha logrado capturar el momento del tránsito de Venus frente al Sol (mancha inferior izquierda en el disco solar).

1. Los eclipses: se producen cuando un cuerpo celeste bloquea la luz de otro de similar tamaño. Por ejemplo, si la Tierra se coloca en línea recta entre el Sol y la luna, nuestra sombra se proyecta sobre la luna y esta se oscurece: se ha producido un eclipse lunar. No es que la Tierra tenga el mismo tamaño que la luna, pero por efecto de la distancia entre los dos cuerpos, la sombra de nuestro planeta cubre a la luna sin ocultarla completamente.
2. El tránsito: en este caso, un cuerpo celeste se interpone en el camino de otro de tamaño mucho mayor. Este fenómeno es una gran fuente de información sobre sus características, pues mientras se produce, permite calcular a qué distancia se encuentra de nuestro planeta y cuál es su composición química, gracias a estudios espectroscópicos de la luz que emite.

TIC

Observa el siguiente video sobre las perseidas:

www.mayedu.ec/nat8/p170

Responde: ¿por qué la lluvia de estrellas se observa en el mismo lugar año tras año?

Interdisciplinariedad

Arqueoastronomía

Es la ciencia que correlaciona los fenómenos astronómicos con la interpretación que de ellos hicieron grupos humanos del pasado y la importancia que tuvieron para sus culturas, estudiando, por ejemplo, sus manifestaciones artísticas.

1. La ocultación: sucede cuando un cuerpo celeste se coloca frente a otro de menor tamaño y lo tapa completamente desde el sitio de observación. La luna suele ocultar con frecuencia estrellas o planetas que, al estar muy distantes, lucen de menor tamaño que nuestro satélite.

1. La conjunción: se produce cuando dos o más objetos están alineados en relación con otro punto de observación. Desde la Tierra es frecuente ver la conjunción de nuestros planetas vecinos.
2. Las estrellas fugaces: llamamos así al fenómeno que se produce cuando un meteoro entra en nuestra atmósfera y se desintegra por efecto de la fricción, lo que produce un destello momentáneo.
3. La lluvia de estrellas: se produce cuando la Tierra pasa sobre los fragmentos que han quedado tras el paso de un cometa. Estos son atraídos por la fuerza de gravedad de nuestro planeta y se desvanecen al entrar en nuestra atmósfera, lo que produce numerosas estrellas fugaces.

La imagen muestra el momento en que Mercurio y Venus se encuentran en conjunción.

Lluvia de las perseidas.

CN.4.4.5. Describir la posición relativa del Sol, la Tierra y la luna y distinguir los fenómenos astronómicos que se producen en el espacio.

Laboratorio

Construcción de un telescopio refractor

Materiales

- Una lupa grande y otra lupa de diámetro más pequeño, pero de mayor aumento que la anterior
- Cuatro o más cilindros de cartón de 30 cm de largo
- Un círculo de cartón con un diámetro dos centímetros mayor que la lupa más pequeña
- Pegamento universal
- Un compás, tijeras, estile- te y cinta adhesiva
- Tela para limpiar las lupas

Objetivo

Experimentar con lentes de diferentes aumentos para obtener un instrumento que facilite la observación astronómica.

Introducción

A principios del siglo XVII, Galileo Galilei (Italia, 1564-1642) dirigió hacia el cielo el primer telescopio con la finalidad de desentrañar lo que a simple vista no era posible observar. Poco tiempo antes se había descubierto la utilidad de combinar lentes de diferentes características, colocados a distancias variables para magnificar imágenes, principio en el que se basan los telescopios refractores.

Desde entonces la tecnología óptica ha avanzado considerablemente, permitiéndonos obtener imágenes claras y detalladas del cosmos. En esta ocasión elaboraremos un telescopio muy sencillo, que facilitará bellos descubrimientos.

Procedimiento

1. Limpia y pega la lupa más grande en el borde de uno de los cilindros de cartón (posiblemente tengas que juntar dos piezas para lograr que su diámetro coincida con el de la lupa), como si el lente fuera una tapa..
2. Inserta dentro del tubo que construiste otro cilindro de cartón, el cual será la pieza intermedia movible del telescopio. Haz los ajustes necesarios para que este cilindro no quede demasiado flojo ni tampoco muy apretado.
3. Saca el lente de la lupa más pequeña y úsalo como molde para practicar un agujero en el centro del círculo de cartón. Usa el pegamento universal para asegurar este lente al agujero que hiciste. Limpia bien el lente.
4. Pega el círculo de cartón con el lente sobre uno de los bordes de un nuevo cilindro, como si fuera una tapa. Haz los ajustes necesarios y coloca esta tercera pieza dentro de los otros cilindros. El telescopio estará listo.

Resultados y conclusiones

Prueba el enfoque e intenta obtener imágenes de objetos que se encuentren a distancia. Consulta los diferentes tipos de telescopios que existen hoy.

Bibliografía

Reporta las fuentes bibliográficas usadas.

Infografía

En la segunda mitad del siglo XX, algunos países como Estados Unidos, la Unión Soviética, Japón, Francia y China destinaron inmensos recursos a lo que se denominó la “carrera espacial”, cuya finalidad era lograr primicias en la exploración espacial como estrategia para mostrar su dominio tecnológico. Posteriormente, estos esfuerzos se fueron haciendo colaborativos, con menor riesgo para la tripulación, y más dirigidos hacia la búsqueda de vida.

Analiza

1. ¿Cuáles fueron las décadas de mayor actividad en la exploración espacial según la infografía?
2. De todos los hitos, ¿cuál te parece el más importante?
3. ¿En qué grupo de la población te ubicarías con respecto a creer en la existencia de vida extraterrestre? ¿Cuáles son tus argumentos?