5.3: Medición del movimiento orbital de la Luna

Prueba de nuevo la actividad 9, pero esta vez mide la posición de la Luna en altitud y acimut a la vez durante varios días comenzando poco después de la luna nueva, encontrarás que la gráfica es similar excepto que los puntos se mueven hacia el este mostrando movimiento orbital y que la fase cambiará a lo largo de varios días! Para que esta actividad sea exitosa, los estudiantes deben recordar tomar sus medidas aproximadamente a la misma hora todos los días.

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.
• Argumento desde la evidencia.

Conceptos transversales

• Patrones en la naturaleza.
• Sistemas y modelos de sistemas.
• 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. La órbita de la Luna alrededor de la Tierra dura aproximadamente 28 días.
2. Debido a que la Luna tarda 4 semanas en orbitar la Tierra una vez, la Luna tarda aproximadamente dos semanas en pasar de luna nueva (en el horizonte occidental) a luna llena (en el horizonte oriental).
3. Verás que el movimiento orbital de la Luna se mueve de oeste a este, esto es en la dirección opuesta a su aparente movimiento nocturno de este a oeste.

Docencia y Pedagogía

Como hemos comentado en la Actividad #10 anterior, esta actividad es muy similar. El proceso de medición de la posición de la Luna en el cielo (Altitud y Azimut) son idénticos; el registro de los datos se realizará en una gráfica idéntica.

Hay diferencias en las dos actividades, y estas deben enfatizarse para tus alumnos. La actividad #10 es un evento de una noche, todos los datos necesarios se recogen en una noche, preferiblemente solo unas noches después de la luna nueva. Para la Actividad #10, los alumnos observan la Luna varias veces en la misma noche.

La actividad #11 es diferente. Esta actividad requiere que el alumno observe la Luna de múltiples noches sucesivas, haciendo una sola observación a la misma hora cada noche.

Este tipo de actividad requiere paciencia y persistencia. No hay forma de acelerar el proceso, y descuidar las observaciones echará a perder los datos. Cada observación toma solo unos minutos, pero el requisito de que la observación se realice al mismo tiempo significa que se necesita el apoyo de los padres para esta actividad.

Mirándolo de otra manera, ¡esta actividad es una excelente manera de mejorar la participación de los padres! Es posible que desee presentar esta actividad en un evento de Regreso a la Escuela, e involucrar a los padres en el programa STEM de su escuela.

Resultados de los estudiantes

¿Qué descubrirá el alumno?

1. Las observaciones que parecen similares no siempre arrojan los mismos resultados. A veces, prestar atención a los detalles sutiles puede producir descubrimientos ingeniosos.
2. Es posible rastrear el movimiento de la Luna alrededor de la Tierra. La Luna en órbita parece representar lo inalcanzable en la Naturaleza; pasa por encima de nosotros en los cielos, pero no podemos tocarla ni influenciarla. La ciencia nos da la capacidad de rastrear, medir y comprender cosas que no podemos alcanzar ni tocar.
3. La Luna en realidad se mueve hacia el este en órbita alrededor de la Tierra. Todo lo que observamos en los cielos se mueve hacia el oeste, subiendo en el este y poniéndose en el oeste. Es asombroso para mucha gente saber que la Luna viaja en dirección opuesta a medida que orbita la Tierra.

¿Qué aprenderán tus alumnos sobre la ciencia?

1. La ciencia premia a los persistentes. No es fácil hacer observaciones a lo largo de varias noches, pero la recompensa es el descubrimiento de algo asombroso —la Luna viaja hacia el este— a diferencia de la mayoría de los otros objetos en el cielo.
2. La planeación y la previsión son esenciales en cualquier actividad científica. Estas habilidades también pagan muchos dividendos en la vida cotidiana.

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.

Medición del Movimiento Orbital de la Luna

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 multiplícalo 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 por 3-5 noches seguidas, midiendo la altitud y la posición acimutal a la misma hora cada noche. Las mediciones deben tomarse lo más cerca posible de la misma hora cada noche. Registre sus medidas: hora, fecha, altitud y azimut 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. ¿En qué se diferencia la Actividad #11 de la Actividad #10?
   • Responder La actividad #10 fue una actividad de una noche que usamos para medir el movimiento diario de la Luna. La actividad #11 requiere de varias noches para medir el movimiento de la Luna en órbita alrededor de la Tierra.
2. ¿Por qué debemos observar la Luna durante varios días para ver su movimiento orbital?
   • Respuesta La Luna tarda 28 días en rodear la Tierra una vez — se mueve muy poco en una sola noche para medir este cambio fácilmente.
3. ¿Qué está causando que la Luna parezca moverse hacia el este a lo largo de varios días?
   • Respuesta Este es el movimiento orbital real de la Luna alrededor de la Tierra.

Materiales Suplementarios

Profundizando

A menudo es valioso en la ciencia repetir una actividad varias veces para ver si obtienes la misma respuesta. Obtener una respuesta repetible se considera una indicación de que el experimento se realizó correctamente y que las conclusiones extraídas de los resultados son razonables.

Para esta actividad, resulta que una vez más, las cosas no son tan simples como parecen. Si ejecutas la actividad por primera vez en el semestre de otoño, será instructivo volver a ejecutar la actividad a finales del semestre de primavera. ¡Encontrarás que los resultados son bastante diferentes!

En otoño e invierno, la Luna viaja muy por encima del horizonte, tomando un camino más largo a través de los cielos nocturnos. Mientras que a finales de primavera y verano, la Luna recorre un camino más bajo mucho más cerca del horizonte sur ^[3].

La razón de esto es la inclinación del eje de la Tierra. Examinaremos esta idea más adelante en el libro.

Ser astrónomo

Los astrónomos antiguos prestaron gran atención a las constelaciones del zodíaco. Estas 13 constelaciones se encuentran a lo largo del camino de la Luna, el Sol y los planetas a medida que se mueven a través del cielo.

Muchos smartphones tienen aplicaciones disponibles que permiten apuntar el teléfono al cielo y ver un mapa de constelaciones. Estas aplicaciones ayudan a las personas a identificar constelaciones, planetas y encontrar los nombres de las estrellas en el cielo.

Intenta usar una de estas aplicaciones e identifica en qué constelación se encuentra la Luna mientras la observas durante varias noches. El hecho de que la Luna yace en diferentes constelaciones a medida que la observas a lo largo de varios días es una confirmación adicional de que la Luna realmente se está moviendo en órbita alrededor de la Tierra. ¡Agrega estos datos de constelación a tu gráfica del movimiento orbital de la Luna!

¿Quieres más reto? Deja solo el smartphone e intenta identificar constelaciones a partir de los patrones de las estrellas y un mapa estelar. Excelentes mapas estelares mensuales están disponibles en línea de forma gratuita.

Ser científico

Una vez más, nos hacemos la pregunta: “¿Qué tan rápido se mueve la Luna en órbita?” Esta vez no estaremos midiendo grados por minuto, sino ¿cuántos grados diarios se mueve la Luna en órbita?

Mira la tabla de datos de ejemplo a continuación. El alumno registra el día 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 272 — 285 = -13 grados (el valor negativo indica movimiento hacia el este). El tiempo es siempre de 1 día porque observamos la Luna a la misma hora cada tarde.

La Velocidad se calcula dividiendo grados movidos por cambio de tiempo, aquí el cambio de tiempo es siempre 1, por lo que los grados movidos son los mismos que la velocidad. Encontrar valores similares en la última columna cada vez nos da la confianza de que hemos realizado buenas mediciones.

Para nuestro último paso, determinar cuánto tardaría la Luna en orbitar la Tierra a esta velocidad. Para ello, divida 360 grados por la velocidad promedio. Aquí: 360/13.3 = 27 días por órbita. Cualquier valor entre 25 y 30 días por órbita es una coincidencia razonablemente buena con el valor verdadero de 28.3 días.

Seguimiento

Las dos lunas de Marte, Fobos y Deimos, son una interesante comparación con la luna de la Tierra. Estas dos lunas se mueven alrededor de Marte a velocidades muy diferentes entre sí —y mucho más rápido que la luna de la Tierra.

¿Qué puedes averiguar sobre el periodo orbital de Fobos y Deimos? ¿Por qué son tan diferentes entre sí? ¿Qué controla la velocidad de un satélite en órbita?