Consecuencia de la velocidad finita de la luz

El siguiente simulador nos ayuda a entender el hecho de que al mirar el universo estamos mirando hacia el pasado. Este consiste en alejar a la persona de la estrella, la unidad utilizada es el año luz (distancia que recorre la luz en un año, a 300.000 km/s), Debajo hay una línea temporal que va del 8000 a.C. hasta el 10000 d.C. Lo que sucede en el simulador es lo siguiente: al presionar go supernova la estrella explota en forma de supernova, y el globito sobre la cabeza de la persona muestra lo que él observa mirando hacia la estrella.

 

Te propongo lo siguiente: Ubica la estrella a cualquier distancia de la persona. Preferentemente entre 1000 y 5000 años luz (ly). En la línea temporal, o bien donde dice supernova occurs digita el año que transcurre en éste momento. Posteriormente presiona go supernova.

 

  1. Al momento de presionar go supernova, ¿la persona percibe inmediatamente la explosión de la estrella?. ¿Por qué sucede ésto?

  2. Cambiando las variables posibles, ¿De qué depende el tiempo que demoramos en percibir la explosión de la estrella?

  3. El Sol se encuentra a 150.000.000 Km de la Tierra, la velocidad de la luz es 18.000.000 Km/m (se convirtió a km/m para facilitar los cálculos). Sabiendo que el tiempo (t) que demora un objeto en recorrer una distancia (d) a una velocidad (v) es: t=d/v.

       Si el Sol explotara el 1º de Agosto del 2024 a las 14:30 hs, ¿cuándo percibiremos dicha explosión?

 

 

Incidencia de los rayos solares a lo largo del año (1).

El siguiente simulador tiene como fin mostrar como varía la inclinación de los rayos solares con respecto a la superficie.

 

Referencias:

NP - Polo norte.

SP - Polo sur.

Least direct - Menos directo.

Most direct - Más directo.

EQ - Ecuador.

También se representan los circulos polares y los trópicos.

 

Tener en cuenta: Para el hemisferio sur de la Tierra el 21 de Marzo (March 21) se produce el equinoccio de Otoño, el 21 de Junio (June 21) el solsticio de invierno, el 23 de Setiembre (September 23) el equinoccio de primavera y el 22 de Diciembre (December 22) el solsticio de verano.

 

En el cuadro The direct rays hit at latitude se muesta en qué latitud los rayos solares inciden perpendicularmente. O sea a 90º con respecto a la superficie.

 

Presione Start para iniciar la animación. Observe cómo llegan los rayos solares a la Tierra a medida que transcurre el año.

 

Observando con atención la animación intente responder las siguientes preguntas:

 

  1. Detenga la animación en un solsticio o equinoccio. ¿cómo es la inclinación de los rayos solares en un hemisferio y en otro? (Comparelas visiblemente).

  2. ¿Por qué cuando en el hemisferio Sur es verano, en el Norte es invierno? Puede detener la animación el 22 de Diciembre aproximadamente para así observar la situación con mayor detenimiento.

  3. Observe con atención uno de los polos durante toda la animación. ¿qué puede notar acerca de la luz que recibe?

  4. Si los rayos solares inciden a 90º con respecto a la superficie los objetos como el asta de una bandera no produce sombra. En montevideo, cuya latitud es 35º sur, ¿existe un día en el año en el cual los objetos no producen sombra?. ¿Por qué?.

Incidencia de los rayos solares a lo largo del año (2).

El siguiente simulador también muestra como varía la inclionación de los rayos solares con respecto a la superficie.

 

Las funciones que tiene son las siguientes:

En la animación más grande se observa la órbita de la Tierra alrededor del Sol. Se puede mover tanto la órbita de la Tierra para verla en perspectiva como la posición de la Tierra en su órbita. (Fuera de escala)

En la animación pequeña de arriba, se puede ver la Tierra, una persona ubicada en una latitud determinada y los rayos solares incidentes. Las líneas verdes representan el ecuador (la del medio) el trópico de cancer (la que se encuentra por encima del ecuador) y el círculo polar ártico (por sobre el trópico de cáncer). Por debajo del ecuador se ubica el trópico de capricornio, y más abajo el circulo polar antártico. La línea roja representa el paralelo terrestre que se encuentra a la misma latitud que la persona. Debajo de la Tierra se nos indica la latitud de la persona, que podemos modificar simplemente arrastrando a la persona a cualquier punto de la Tierra. La casilla llamada Labels nos muestra, en caso de estar activada, los nombres en inglés de los elementos nombrados previamente.

 

En la imagen inferior se observan los rayos solares que inciden en la superficie. Se nos permite cambiar entre la representación de los rayos solares (si marcamos la opción sunlight angle) o el área de incidencia de los mismos (al marcar sunbeam spread). Se nos indica también la altura del Sol cuando éste se encuentra en su culminación superior, junto con la latitud del observador.

 

Debajo se muestra una línea temporal dividida en meses (al costado se muestra el día exacto), y el botón para comenzar la animación.

 

Te propongo realizar la siguiente actividad:

 

  1. Ubica a la persona en la latitud 35º S. Correspondiente a Montevideo.

  2. Presione Start para comenzar la animación.

  3. Observe la inclinación de los rayos solares con respecto a la superficie. ¿para qué mes la inclinación es máxima? ¿y mínima? ¿qué meses se produce una inclinación intermedia? Relacione dichas fechas a un solsticio y equinoccio. Justifique su elección.

  4. Varie la latitud de la persona 2 o 3 veces hasta llegar al polo sur (latitudes 45º S, 65º S, 80º S y 90ª S). ¿Qué va sucediendo con la inclinación de los rayos solares, para un mismo mes, a medida que aumenta la latitud?

  5. Con la persona ubicada en el polo sur comience la animación y observe con atención. ¿qué particularidad puede observar con los rayos solares en el polo sur a lo largo del año? ¿poe qué sucede ésto?

 

Demostración de Azimut - Altura.

El siguiente simulador posee una esfera celeste básica. Si presionamos show all aparecerán algunas etiquetas nombrando elementos de la esfera  celeste. Si damos click sobre la esfera celeste y la "arrastramos" podremos moverla y observarla en perspectiva. En la esfera hay una estrella cuya posición se determina a partir de las coordenadas horizontales, Azimut y Altura. Sin embargo, estas coordenadas son locales, esto significa que NO son válidas para otro lugar de la Tierra. Esto significa que si queremos decirle a otra persona, que se ubica en otro punto de la Tierra, la posición de un objeto astronómico no podemos hacerlo mediante las coordenadas horizontales.

 

Realice la siguiente actividad:

  1. ¿En que lugares de la esfera celeste el azimut y la altura alcanzan sus valores máximo y mínimo?

  2. Si la estrella recién acaba de salir exactamente por el Este, ¿cuál será el valor aproximado de su altura y azimut?

 

Modifique la posición de la estrella para familiarizarse con las coordenadas horizontales.

 

 

Posición relativa del Sol sobre las constelaciones zodiacales.

Este sencillo simulador muestra el movimiento aparente del Sol sobre las estrellas de fondo a lo largo del año. La zona donde se representan las constelaciones zodiacales está de color negro y celeste. Las constelaciones que están en la región celeste no serán visible el mes que está marcado debajo, ya que estan sobre el horizonte junto con el Sol. Por otro lado, las constelaciones que estan en la región negra si serán visibles durante la noche del mes seleccionado.

 

 

Te propongo la siguiente actividad:

 

Considerando cada segmento de un mes, corresponde aproximadamente a 30 días, por lo que la mitad serán 15 y la cuarta parte del segmento completo serán 7,5 días.

 

  1. Ubica al Sol en la posición que ocupa el 1º de Agosto. ¿Sobre que constelación se encuentra?

  2. ¿Qué constelaciones zodiacales serán visibles y no visibles el 1º de Agosto? ¿Por qué?

  3. Ubica mediante la flecha roja al Sol el día aproximado de tu cumpleaños... ¿Sobre que constelación está el Sol?. En la astrología ¿De qué signo zodiacal eres? Se supone que ambos signos deberían coincidir... Saca tus propias conclusiones de ésto.

Movimiento del Sol

Este simulador muestra la posición del Sol en la bóveda celeste a medida que transcurren los días. En la bódeda se representa de color rojo la ecliptica, en amarillo la trayectoria del Sol ese dia, en gris el meridiano local y en negro el ecuador celeste. (Notar que el Sol siempre se encuentra sobre el meridiano local, por lo que se lo representa en su culminación superior). Puede modificar a gusto la latitud y marcando la casilla animate puede comenzar la animación.

Lo que observará es como varía la altura de culminación (aunque no se especifique el ángulo) del Sol conforme pasan los días.

 

Te propongo realizar la siguiente actividad:

  1. Marque 35º S de latitud y moviendo la bóveda celeste intente dejarla orientada de forma tal que el meridiano local no sea visible. inicie la animación. ¿en qué mes la altura de culminación superior es máxima? ¿y mínima? ¿cuándo será intermedia?

  2. Sabiendo que en amarillo se representa la trayectoria del Sol. ¿en qué mes la trayectoria del Sol es mayor, menor e intermedia?

  3. Razone las respuestas 1 y 2 y relacionelas con las estaciones. Y de ser posible con los simuladores de la inclinación de los rayos solares.

  4. Marque la latitud 90º sur o norte e inicie la animación. Observe detenidamente. ¿Qué particularidad puede observar?

Horas de luz a lo largo del año.

Este simulador muestra como varía la cantidad de luz recibida por una zona ubicada en una latitud determinada a lo largo de año.

La gráfica muestra, en su eje X la cantidad de horas que se recibe luz, el eje Y muestra el día del año, y el eje superior muestra los solsticios y equinoccios para el hemisferio norte. Para el sur sería, de izquiera a derecha, equinoccio de otoño, solsticio de invierno, equinoccio de primavera y solsticio de verano. El punto dentro del grafico determina el día del año y la cantidad de horas que se recibe luz dicho día. Ese punto puede moverse si se lo arrastra a lo largo del gráfico.

 

El menú settings nos permite modificar la latitud (latitud positiva para el hemisferio norte y negativa para el sur) y el día del año.

 

Debajo se ve una representación de la zona iluminada y no iluminada de la Tierra y debajo de ésto se realiza una descripción. La cual dice "Un observador en la latitud X recibira Y horas de luz el día Z".

 

 

Te propongo realizar la siguiente actividad:

  1. Marque -35,4º de latitud y mueva la Tierra de forma tal que la curva que divide la zona iluminada de la no iluinada sea totalmente recta. Ubique el punto de la gráfica en un solsticio y luego en otro. ¿cuántas horas de luz recibiremos en el solsticio de invierno y cuántas en el de verano?

  2. Ubique el punto de la gráfica en los equinoccios. ¿Cuántas horas de luz recibiremos ahora?

  3. Marque la latitud 90º y observe el gráfico. ¿que conclusiones puede sacar del mismo?

Obtención del espectro continuo y discontinuo (Absorción y emisión)

Este sencillo simulador tiene como objetivo visualizar qué tipo de espectro se obtiene según qué analizamos.

 

En la parte superior se visualiza un espectro según lo que estamos observando. Debajo, hay una fuente de luz incandescente, representado con una lamparita de luz. A su izquierda se ubica una masa de gas frío poco denso.

 

También hay un telescopio, que presenta forma cilíndrica. Si damos un click sobre él, y lo arrastramos podemos moverlo. Los 3 puntos en el cual se puede ubicar el espectroscopio son:

 

  1. Apuntando a la lamparita.

  2. Apuntando a la masa de gas.

  3. En la parte inferior izquierda, apuntando a ambos a la vez.

 

 

Te propongo realizar la siguiente actividad:

 

  1. ¿Qué tipo de espectro producirá una fuente de luz incandescente, un gas frío poco denso, una masa de gas que se interpone a una fuente de luz incandescente?.

  2. Las leyes de Kircchoff explican cómo se producen los espectros. Enuncielas.

  3. ¿Cuáles son las principales caracteristicas de cada tipo de espectro?

  4. ¿Por qué se producen líneas de absorción y emisión?

  5. Una estrella posee una capa de gas mas "frío" rodeando su núcleo (fuente de luz incandescente). ¿Qué tipo de espectro producirá una estrella? Justifique realizando una comparación entre la estrella y el simulador.

 

Propiedades de los planetas del sistema solar.

 

El siguiente simulador nos permite conocer las  características de los planetas del sistema solar, e incluso de plutón (planeta enano desde el 2006).

 

En la parte superior del gráfico se nos indica la unidad de medida utilizada. El eje de la izquierda indica el valor del parámetro analizado y el eje inferior nos muestra los 8 planetas, del más cercano (izquierda) al más alejado (derecha) del Sol. De izquierda a derecha tenemos: Mercurio, Venus, Tierra, Marte, Júpiter, Saturno, Urano, Neptuno y Plutón.

 

Debajo del gráfico tenemos casillas modificables. La de la izquierda se llama Types of planets. Si marcamos la casilla correspondiente a los Terrestrial aparecerán en el gráfico los planetas terrestres, telúricos o rocosos. Si marcamos la casilla de los Jovian mostraremos los planetas jovianos o gaseosos. Al marcar la última casilla denominada Pluto aparecerá el planeta enano Plutón en el gráfico.

 

A la derecha de Types of planets aparece Properties. Aquí, marcando cada una de las casillas, podemos graficar cada una de las características de un planeta. La casilla Semi-major axis nos graficará la distancia media entre el planeta y el Sol (n unidades astronómicas, siendo 1 ua - 150 millones de kilometros). Orbital period es el periodo orbital de un planeta, o el tiepo que demora en completar una orbita entorno al Sol (medida en años). Mass nos representará en el gráfico la masa del planeta en función de la masa de la Tierra. Esto significa que si un planeta tiene el valor 2 de masa, quiere decir que dicho planeta tiene 2 veces la masa de la Tierra. Satellites nos indicará la cantidad de satélites naturales que el planeta tiene. Density representará en el gráfico la densidad del planeta en gramos sobre centímetro cúbico. Finalmente Radius nos representará el radio de un planeta en función del radio de la Tierra, por lo que un planeta que posee el valor de radio 2 significa que el radio del planeta es dos veces mayor que el diámetro de la Tierra.

 

Note que si posiciona el cursor del mouse sobre una de las barras de los planetas nos indicará el valor exacto.

 

 

Te propongo realizar la siguiente actividad:

 

  1. Realice una comparación de las propiedades de los planetas dividiendolos en rocosos y gaseosos. Puede ayudarse con una pequeña tabla. No hable de valores en si, sino compare las magnitudes (mayor, menos, más grandes, etc).

  2. ¿Cómo puede explicar la relación masa-densidad si compara los rocosos con los gaseosos? Puede resultar útil recordarcómo se calcula la densidad en un cuerpo esférico.

  3. Explique la relación entre el eje mayor de un planeta y el período orbital.

  4. De todos los planetas ¿cuál es el más similar a la Tierra en función de sus propiedades?

  5. Según el planeta que usted optó como respuesta en la pregunta n° 4, si dicho planeta y la Tierra tienen características físicas muy similares, ¿Por qué la Tierra es el único planeta del sistema solar que alberga vida?. Relacionelo con el simulador de Zona de habitabilidad. (Opcional)

Influencia gravitatoria de los planetas al Sol

 

El simulador nos muestra la influencia gravitatoria que los planetas del sistema solar le ejercen al Sol...

 

Debajo del todo donde dice Animation speed podemos modificar la velocidad de la animación. La velocidad está expresada en días por segundo. De ésta manera, si le asignamos el valor 1000 significa que la velocidad de la animación es 1000 días pro segundo.

 

Arriba donde dice Years elapsed se muestran los años transcurridos en la animación, y si presionamos reset comenzamos de 0 nuevamente.

 

Al lado de cada planeta hay una casilla que se puede marcar (para ver la influencia gravitatoria que dicho planeta ejerce al Sol) o desmarcar (no vemos la influencia gravitatoria). Al lado de cada planeta en números verdes se indica la distancia entre el planeta y el Sol en unidades astronómicas (1 ua=150.000.000 Km.)

 

 

Te propongo la siguiente actividad:

En velocidad de la animación seleccione 5000.

 

  1. ¿Cuál planeta es el que ejerce la mayor influencia gravitatoria al Sol? ¿Puede justificar su elección utilizando el simulador anterior (Propiedades de los planetas del sistema solar)?

  2. Seleccione únicamente a la Tierra. ¿Se percibe algún movimiento detectable del Sol? ¿Cuál será el motivo de ello?

  3. De que factores considera que dependera la influencia gravitatoria que un planeta ejerce sobre el Sol? Justifique.