5.2: Medir el Sendero Nocturno de la Luna

Existe la idea errónea de que 'hacer astronomía real' es difícil y costoso, solo personas altamente capacitadas y generosamente financiadas pueden hacerlo; este libro está diseñado para mostrar que ambas ideas son falsas. Medir la trayectoria orbital de la Luna a través del cielo es lo suficientemente simple como para que un niño de siete años pueda hacerlo en su propio patio trasero con un poco de ayuda de los padres.

Esta actividad es lo suficientemente simple en concepto, y se puede realizar cualquier noche en la que la Luna sea visible durante varias horas en el cielo; prácticamente hablando, esto funciona mejor en la semana entre el primer cuarto de luna y la luna llena. Los estudiantes estarán tomando una medición de altitud y acimut de la Luna cada hora durante 4-5 horas. Se necesitan al menos cuatro mediciones separadas para obtener los mejores resultados. El movimiento diurno de la Luna se trazará en una gráfica simple después de tomar las medidas.

Estándares Académicos

Prácticas de Ciencia e Ingeniería

• Hacer preguntas y definir problemas.
• Planeación y realización de investigaciones.
• Analizar e interpretar datos.
• El uso de las matemáticas.
• Obtener, evaluar y comunicar información.

Conceptos transversales

• Patrones en la naturaleza.

• Escala, proporción y cantidad.

• Estabilidad y cambio.

Estándares científicos de próxima generación

• Sistemas espaciales (K-5, 6-8, 9-12).
• El sistema Tierra-Luna (6-8, 9-12).
• Gravitación y órbitas (6-8, 9-12).

Para el Educador

Datos que necesitas saber

1. El camino nocturno de la Luna a través del cielo es aparente movimiento. Este movimiento es en realidad una ilusión provocada por la rotación de la Tierra.
2. Vemos salida de la luna y puesta de la luna principalmente porque la Tierra gira sobre su eje una vez cada 24 horas.
3. Cuando medimos el movimiento nocturno de la Luna, en realidad estamos midiendo el movimiento rotacional de la Tierra.

Docencia y Pedagogía

Esta actividad ciertamente se trata de aplicar las habilidades de medición que aprendimos en la Actividad #9, pero hace más que eso. Esta actividad permite a los estudiantes tomar medidas reales y luego trazarlas en una gráfica para ayudarlos a comprender lo que realmente está sucediendo en el cielo mientras ven cómo la Luna se hunde hacia el horizonte occidental.

Con demasiada frecuencia, la gráfica se presenta con datos que están separados de la realidad; esta actividad coloca la actividad de graficar sólidamente en el ámbito de la experiencia del niño y les permite ver que las matemáticas y la gráfica tienen un beneficio concreto en situaciones del mundo real.

Incluso si piensas que la actividad gráfica es un poco demasiado para tus alumnos más jóvenes, aún puedes tomar estas medidas y trazarlas juntas en el tablero. Esta actividad hace una maravillosa introducción a la gráfica y su poder para revelar verdades matemáticas en un formato atractivo y visual.

Resultados de los estudiantes

¿Qué descubrirá el alumno?

1. ¡El cielo siempre está cambiando! La idea de que las cosas en el cielo son constantes e inmutables es un error común. Al observar el cielo a lo largo de unas pocas horas, los alumnos verán que los objetos en el cielo se mueven, cambiando de posición de manera regular.
2. Las matemáticas nos ayudan a describir el cambio que vemos de una manera clara y precisa. Los estudiantes suelen preguntar: “¿Para qué necesitamos esto?” Al agregar números a nuestras lecciones de una manera natural, mostramos a nuestros estudiantes que las matemáticas son buenas para algo, ¡no es solo un rompecabezas para resolver y luchar por ello!
3. Las cosas que se ven igual no siempre son idénticas. La idea de observar la Luna durante unas horas una noche —y luego hacer la misma observación a la vez durante varias noches— puede parecer sin sentido. Pero hay poder en la observación, en una noche, vemos a la Tierra girando. ¡Durante varias noches, vemos a la Luna moviéndose alrededor de la Tierra en órbita!

¿Qué aprenderán tus alumnos sobre la ciencia?

1. Estas actividades llevan a casa a los estudiantes que no existe tal cosa como 'solo mirar' o 'solo medir'. Al igual que tocar el violín o regatear un balón de fútbol, observar y luego medir y grabar cuidadosamente lo que ves son habilidades que requieren paciencia y disciplina para dominar.
2. Algunos estudiantes pueden sentirse frustrados al principio cuando prueban estas actividades, especialmente si no obtienen los resultados rápidos y fáciles que esperaban. Para ser muy francos, algunos profesores que profundizan en las actividades de ciencias STEM en el aula por primera vez a menudo sienten lo mismo!
3. Recuerda a tus alumnos (¡y a ti mismo!) ¡así de simple no siempre es fácil! Este hecho elemental es un escollo para estudiantes de todas las edades y niveles académicos. También vale la pena enseñar la idea corolaria de que la práctica diligente trae resultados, ¡y recordar! A medida que tú y tus alumnos practiquen estas actividades juntos, ¡tus resultados y consistencia mejorarán con el tiempo!
4. La ciencia a menudo no procede sin problemas. A menudo hay baches y errores en el camino. Como hemos visto con el modelo del sistema solar centrado en la Tierra de Aristóteles, ¡a veces estas ideas equivocadas pueden persistir por mucho tiempo! Es bueno que nuestros alumnos entiendan que la ciencia es una habilidad práctica, no muy diferente a tocar un deporte o un instrumento musical; requiere algo de talento, (¡y mucha práctica!) para sobresalir en ello.

Realización de la Actividad

Materiales

1. Una regla marcada en centímetros
2. Un criterio, una cinta métrica o una regla marcada en pulgadas funcionarán igualmente bien: las medidas solo necesitan ser convertidas antes de trazarlas en una gráfica.
3. Una brújula para medir la dirección.
4. Si el alumno no tiene brújula, bastará con el teléfono de los padres. La mayoría de los teléfonos inteligentes ya tienen una aplicación de brújula; si no, hay muchas aplicaciones gratuitas de este tipo fácilmente disponibles.

Midiendo el camino nocturno de la luna a través del cielo

1. Comience al atardecer midiendo la altitud de la Luna con una regla, esta es la distancia aparente de la Luna sobre el horizonte. Sostenga la regla a la altura del brazo y mida la distancia desde el horizonte hasta el centro del disco de la Luna.
   • Si la Luna está demasiado alta fuera del horizonte para medirla con una regla simple, intente estirar un trozo de cuerda desde el horizonte hasta la altitud de la Luna, hacer un nudo para marcar la longitud y luego medir la cuerda más tarde.
   • Si tu regla no muestra centímetros, ¡está bien! Solo toma la altitud en pulgadas y multiplica por 2.5 para obtener centímetros — ¡y grados!
   • Ejemplo: La cuerda mide como 18 pulgadas. 18 x 2.5 = 45 cm = ¡45 grados de altitud!
2. Mida el acimut de la Luna con una brújula. La forma más fácil de hacerlo es con una aplicación de brújula en un teléfono inteligente. Apunta el smartphone a la Luna y lee el ángulo azimutal de la pantalla. Si usas una brújula convencional, mantén la aguja alineada con el norte, luego mira en dirección a la Luna y encuentra el rumbo azimut. Usa las instrucciones que vienen con la brújula para ayudarte.
3. Repita el ejercicio, midiendo la altitud y la posición acimutal 4-5 veces. Las mediciones deben tomarse con al menos 45 minutos de diferencia para asegurar que la Luna se haya movido de manera mensurable. Registre sus medidas: tiempo, altitud y acimut cuidadosamente cada vez para que pueda graficarlas más tarde.
4. Al día siguiente en clase, traza tus datos de posición de la Luna en una gráfica como se muestra a continuación. ¡Puedes usar pegatinas de color-dot para trazar la posición de la Luna y el color en la fase si quieres!

Preguntas de Discusión

1. ¿Cómo encajan las ideas de altitud y acimut en esta actividad?
   • Respuesta Con cualquier gráfica, necesitamos dos medidas para localizar un punto. En matemáticas, normalmente etiquetamos un eje x y el otro eje y. En esta actividad, el eje vertical es la altitud (la distancia fuera del horizonte) y el eje horizontal es el acimut (la dirección de la brújula).
2. Las gráficas en matemáticas suelen mostrar ubicaciones (puntos) o ecuaciones (líneas), ¿qué muestra esta gráfica?
   • Respuesta: El movimiento diurno (diario) de la Luna a través del cielo.
3. ¿Qué está causando el movimiento de la Luna que vemos en una sola tarde mientras se hunde hacia el horizonte?
   • Respuesta La rotación de la Tierra (¡La Luna en realidad se mueve de oeste a este!)

Materiales Suplementarios

Profundizando

Esta vez, nuestra actividad Going Deeper pide a nuestros alumnos que cambien la escala de tiempo de la actividad. En lugar de observar la Luna durante unas horas en el transcurso de una noche, esta actividad les pide que observen consistentemente durante 5-7 noches sucesivas. Si bien esto puede parecer un pequeño cambio, el requisito de continuar una investigación de manera enfocada a lo largo de un período de tiempo más largo es un ejercicio excelente para el niño superdotado, enseña persistencia y resiliencia así como hechos científicos. Encontrarás instrucciones precisas para ello en la Actividad #11.

También es útil saber que esta actividad, aunque superficialmente la misma, ¡realmente mide algo bastante diferente! Observar el movimiento de la Luna durante unas horas a lo largo de una sola noche nos muestra el movimiento de la Luna de este a oeste que se debe a la rotación de la Tierra cada 24 horas en su propio eje.

No obstante, cuando observamos la Luna al mismo tiempo durante un periodo de días, ahora estamos grabando algo muy diferente. ¡Ahora estamos midiendo el movimiento orbital de la Luna mientras viaja alrededor de la Tierra cada mes!

Esta diferencia se hará evidente cuando tus alumnos trazen sus datos en la gráfica. En lugar de ver que los puntos se mueven de izquierda a derecha (de este a oeste) a través del papel, la nueva gráfica muestra los puntos moviéndose en la otra dirección, ¡de oeste a este! Esto se debe a que la Luna en órbita en realidad se mueve hacia el este a través del cielo a medida que rodea la Tierra en el espacio.

Ser científico

Parte del poder de la ciencia es cuando agregamos medidas numéricas cuidadosas a nuestras observaciones, surgen maravillosos patrones matemáticos que nos ayudan a comprender y predecir la Naturaleza.

Cuando vemos que algo se mueve, una pregunta natural es: “¿Qué tan rápido va?” Hay muchas maneras de responder a tal pregunta; es común medir la velocidad en millas (o kilómetros) por hora.

¡Esta no es la única manera de medir la velocidad! Cuando algo se mueve en un círculo como la Luna dando vueltas a la Tierra, no medimos su cambio de distancia porque la Luna siempre está aproximadamente a la misma distancia de la Tierra. En cambio, medimos grados en lugar de millas o kilómetros.

Tu actividad ya está haciendo esto; cuando los estudiantes registran la dirección de la brújula de la Luna en grados, están midiendo la posición de la Luna. Al agregar la hora del día a cada observación, tendrán todo lo necesario para medir la velocidad angular de la Luna en grados por minuto.

Mira la tabla de datos de ejemplo a continuación. El alumno registra el tiempo y la posición de la brújula de la Luna en las dos primeras columnas. Para que los grados se muevan, comience con la posición #2 y reste el valor anterior — aquí restamos 202 — 185 = 17 grados. El tiempo se trata de la misma manera — aquí obtenemos 62 minutos de 6:18 a 7:18.

La Velocidad se calcula dividiendo grados movidos por cambio de tiempo — aquí dividimos 17/62 = 0.27 grados por minuto. Encontrar valores similares en la última columna cada vez nos da la confianza de que hemos realizado buenas mediciones.

Recuerda: si graficas datos tomados durante una sola noche, estás midiendo la velocidad a la que gira la Tierra. Si graficas datos tomados durante varias noches, trazando la posición de la Luna a la misma hora cada noche, ¡entonces estás midiendo la velocidad orbital de la Luna!

Seguimiento

Sea cual sea el nivel de edad o nivel de matemáticas de tus alumnos, cada uno de ellos puede observar la Luna moviéndose en el cielo. Ver a la Luna hundirse lentamente hacia el oeste en una noche clara unos días después de la luna nueva puede ser muy gratificante. Estudiantes notará que no sólo la Luna se mueve hacia el oeste, sino que también lo hacen las estrellas brillantes en el cielo. Esto es observar la rotación de la Tierra.

Cuando los alumnos después observan la Luna varias noches consecutivas, mirando a la misma hora cada noche, notarán algo diferente. A diferencia de las estrellas que comienzan aproximadamente en la misma posición cada noche, ¡la Luna comienza en una posición diferente cada noche! Cuando observamos esto, estamos viendo a la Luna moviéndose en órbita alrededor de la Tierra.