10.2: Modelado Dinámicamente La Superficie de la Luna en Harina

Esta actividad es más grande, más desmesurada y mucho más divertida que el modelo de arcilla que hicimos en la Actividad #25. En la última actividad, presionamos bolas de varios tamaños en una superficie de arcilla para hacer 'cráteres', depresiones que eran suaves y redondas, pero no muy emocionantes ni dinámicas. ¡Vamos a llevar esto a un nivel superior y dejar que los niños vean el proceso de fabricación del cráter como sucede! Al dejar caer pesos en sartenes de harina para observar los cráteres resultantes, además de la eyecta, material que sale del cráter al impactar.

Estándares Académicos

Prácticas de Ciencia e Ingeniería

• Desarrollo y uso de Modelos.
• Planeación y realización de investigaciones.
• Analizar e interpretar datos.
• Construyendo explicaciones.

Conceptos transversales

• Causa y efecto.
• Sistemas y modelos de sistemas.
• Flujos de energía, ciclos y conservación.

Estándares científicos de próxima generación

• Sistemas espaciales (K-5, 6-8, 9-12).
• Procesos de conformación de la Tierra (K-5, 6-8, 9-12).
• Historia de la Tierra (K-5, 6-8, 9-12).
• El sistema Tierra-Luna (6-8, 9-12).

Para el Educador

Datos que necesitas saber

Por grandes e impresionantes que puedan ser los cráteres, cambian el paisaje en cuestión de segundos. El cráter Barringer cerca de Winslow, Arizona tiene tanto volumen en 400 estadios de fútbol profesional; aun así, fue excavado en menos de 5 segundos.

Los cráteres promedian entre 10-20 veces más grandes que el asteroide que los creó. El cráter Tycho en la Luna tiene más de 90 kilómetros de ancho, se necesitó una roca de 6-10 km de ancho para crearlo. Este impactador del tamaño de una montaña es aproximadamente del mismo tamaño que el impactador Chixulub que mató a los dinosaurios.

Los cráteres suelen ser una depresión en forma de cuenco con un borde elevado alrededor de ellos, a veces también cuentan con una montura central elevada en sus centros.

La eyección incluye todo el material que salió del cráter en el momento del impacto. Hay una manta eyecta, una capa brillante de material que rodea el cráter. También hay rayos, vetas de material que irradian lejos del centro del cráter. Los rayos pueden ser muy largos, a veces más de diez veces el diámetro del propio cráter.

Docencia y Pedagogía

Si no quieres engañar con la harina de maíz moribunda, puedes cubrir tu superficie de harina con pintura en aerosol negra en su lugar. Este método es más rápido y puedes remover la harina después del experimento y volver a usarla de inmediato.

La harina cubierta con pintura es un análogo razonable para la superficie lunar. Casi sin agua, la roca lunar se pulveriza en polvo cuando un asteroide de cualquier tamaño golpea la superficie en un polvo fino muy similar en consistencia a la harina. La luz del sol oscurece la superficie de la Luna con el tiempo en un proceso llamado oscurecimiento por radiación, hemos utilizado pintura para simular esto. Cuando la roca de color claro es expulsada de un cráter, vuelve a caer sobre la superficie haciendo una forma de resplandor solar o salpicaduras que llamamos rayos. ¿Puedes ver evidencia de rayos en alguno de tus cráteres? Que los niños dibujen lo que ven aquí.

¿A qué distancia salen los rayos del cráter central? ¿Se puede medir esto? ¿La relación entre el diámetro del cráter y la longitud del rayo es la misma para todos los cráteres de cualquier tamaño? Esta es una investigación interesante para hacer; se necesita paciencia y un poco de medición, pero la matemática es muy sencilla. Haz un gráfico que muestre el tamaño del cráter, el tamaño de los rayos y la relación entre ellos. ¡Puede encontrar que sus cráteres más grandes lanzaron harina justo al salir de la sartén y al piso! No te preocupes por eso (usaste esa lona de plástico, ¿verdad!?) , usa los cráteres más pequeños para tu investigación y ¡mira lo que encuentras!

¿Quieres otro ejemplo o el proceso de fabricación de rayos en acción? Lanza un globo de agua en lo alto del aire y déjalo salpicar sobre el pavimento seco de un estacionamiento o área de juegos: ¡verás el mismo patrón de salpicaduras con 'rayos' de agua que se alejan del centro del impacto!

Los cráteres de impacto en la Luna también tienen llantas de cráter elevadas. Estas son áreas donde la fuerza de explosión ha empujado la roca hacia atrás desde el centro del impacto, haciendo que se acumule como nieve en un estacionamiento recién arado. Esto sucede porque la sólida superficie rocosa de la Luna obliga a la energía explosiva a girar 90 grados, de recto hacia abajo a horizontal. Mira tu superficie de harina lunar, ¿puedes ver evidencia de llantas de cráter levantadas? Consulta si puedes medir la altura de las llantas por encima de la superficie plana. ¿Existe una relación entre el tamaño del cráter y la altura de la llanta? ¡Otra tabla puede ayudarte a resolver esta pregunta!

¿Quieres volver a hacerlo? Simplemente revuelva bien la harina con una cuchara, agregue un poco más según sea necesario y luego vuelva a alisar y volver a pintar la superficie. ¡Puedes hacer esta actividad muchas veces! Si quieres mantener la harina en la sartén y volver a intentarlo mañana, te recomiendo encarecidamente poner una cubierta de plástico o papel de aluminio sobre la sartén para proteger la harina de la humedad y los insectos.

¡También puedes guardar la harina en grandes bolsas de plástico con cierre hermético o frascos de plástico y guardarla para proyectos artísticos de masa de sal! ¡No olvides tamizar la harina para sacar los guijarros, canicas y otros “asteroides” antes de usarla! ¿Encuentras que la pintura negra ha teñido un poco la harina? No te preocupes, un poco de pintura no dañará en absoluto la masa de sal, ¡simplemente no la reutilices para cocinar!

Resultados de los estudiantes

¿Qué descubrirá el alumno?

1. La creación de cráteres es un proceso dinámico y violento. La superficie de la Luna puede parecer estática e inmutable, pero de hecho es un registro de colisiones y explosiones titánicas. Los impactos del tamaño que mataron a los dinosaurios (cráteres de 100 km) son lo suficientemente grandes como para ser detectados en la superficie de la Luna a simple vista. ¡La mayoría de los sitios de impacto que puedes ver fácilmente son mucho más grandes que esto!
2. Los cráteres cambian el paisaje no solo sacando enormes depresiones en forma de cuenco en el suelo, sino enterrando el paisaje circundante en toneladas de roca y escombros que llamamos eyecta.
3. Las relaciones entre el tamaño del impactador, el tamaño del cráter y el tamaño de la manta de eyección son notablemente consistentes. Esto indica que el proceso de elaboración del cráter es un proceso físico consistente y comprensible.

¿Qué aprenderán tus alumnos sobre la ciencia?

1. Los procesos que ocurren en lunas o planetas distantes pueden ayudarnos a comprender las fuerzas que han dado forma a nuestro propio planeta. ¡Esta es una de las muchas razones por las que la exploración espacial es valiosa e importante para aquellos de nosotros aquí en la Tierra!
2. No es posible — ¡o seguro! — recrear el proceso de fabricación de cráteres aquí en la Tierra porque el proceso es demasiado peligroso y destructivo. Podemos recrear estos procesos en miniatura para ayudarnos a comprender las fuerzas que dan forma a cada luna y planeta en nuestro sistema solar.

Realización de la Actividad

Materiales

1. Bolsa de harina de 10 lb.
2. Un plato hondo para pastel o molde para pasteles
3. Una caja de harina de maíz de 2 lb
4. Varias botellas de colorante alimentario azul oscuro/ negro, o una botella de tinta negra
5. Una gran lona cuadrada de 12 pies o lámina de plástico. Consulte el departamento de pintura de su tienda local de mejoras para el hogar para esto, a veces se vende como un 'paño de plástico caído' para proteger pisos y muebles mientras pinta.
6. Un rollo de cinta adhesiva para sujetar la lámina de plástico de forma segura en su piso y evitar que se tropiece.
7. Un surtido de pequeños guijarros, canicas, etc. Nada más grande que 1 pulgada de diámetro.

Construyendo el modelo de cráter de impacto

1. Diluir dos botellas de colorante alimentario oscuro en ½ taza de agua. Pon la harina de maíz en un tazón grande, agrega el agua coloreada y revuelve por varios minutos hasta que esté bien mezclada (una licuadora de cocina funciona bien si tienes una.)
2. Extienda la harina de maíz sobre láminas para galletas o papel de aluminio y deje secar. Puedes poner las hojas de galletas en un horno bajo (180 grados) durante una hora más o menos si deseas acelerar el proceso. Una vez seca y fría, devuelva la harina de maíz a un tazón y revuelva bien para asegurar que todos los gránulos estén separados. Almacenar en caja original o en una bolsa de plástico con cierre de cierre.
3. Coloca la lona o la tela caída en el piso y pégala con cinta adhesiva de forma segura; vas a necesitar un área grande para esto, ¡así que quizás quieras empujar los escritorios a un lado!
4. Pon la sartén grande o la tapa de la caja en medio de la lona y rellena con harina hasta arriba. Puedes sobrellenarlo un poco y usar un palo de yarda para golpear la parte superior y hacer una superficie lisa y plana.
5. Espolvorea una capa fina y uniforme de harina de maíz oscuro encima de la harina.

Explorando el modelo de cráter de impacto

1. Haga que todos se reúnan y recojan un borde de la lona; la mayoría debería estar bien atrás para seguir salpicando harina de los zapatos y la ropa.
2. Elige un estudiante afortunado para dejar caer un guijarro o mármol en la harina desde una altura de aproximadamente 1 metro.
3. Ahora los alumnos pueden inspeccionar, fotografiar y dibujar el cráter que han creado. Haga que sus alumnos busquen la cuenca del cráter, el borde del cráter, la manta de eyección y los rayos.
4. Mida cuidadosamente y vea qué tan grande era el cráter comparado con el impactador que lo hizo. ¿Qué tal el tamaño de la manta eyecta en comparación con el cráter? ¿A qué distancia se extienden los rayos del cráter?
5. ¿Quieres volver a intentarlo? (¡Mis alumnos siempre quisieron hacer esto varias veces!) Intenta usar guijarros de diferentes tamaños, comparando los efectos de pesos grandes y pequeños. ¡No dejes que los niños tiren su guijarro, ya que eso puede hacer un verdadero desastre!

Preguntas de Discusión

1. ¿En qué se diferenciaba este modelo del modelo de arcilla que hiciste la última vez?
   • Respuesta: Este modelo muestra el proceso de elaboración de cráteres tal como sucede en lugar de simplemente modelar la forma de los cráteres terminados.
   • Respuesta: Este modelo es dinámico, lo vemos en acción a medida que se está creando.
2. ¿Qué te muestra este modelo que el otro modelo de arcilla no lo hizo?
   • Respuesta: El proceso de formación del cráter (¡los asteroides impactan a medida que ocurren!)
   • Respuesta: Llantas de cráter y rayos de cráter.
3. ¿Qué has aprendido del tamaño del impactador en comparación con el tamaño del cráter y la manta de eyección que lo rodea?
   • Respuesta: Los cráteres son siempre significativamente más grandes que los impactores que los crean. El tamaño de la manta eyecta y los rayos son realmente enormes en comparación con el impactador. ¡Un impactador de 100 metros (del tamaño de un campo de fútbol) podría arrojar material de eyección a más de 25 kilómetros del sitio del impacto!

Materiales Suplementarios

Profundizando

¿Cómo se descubren los cráteres? De nuestro trabajo aquí, podrías pensar que solo tienes que buscar un cráter para encontrarlos. En la Luna, encontrar cráteres es bastante fácil, ¡pero no así en nuestra propia Tierra!

Los cráteres en la Luna son visibles para cualquiera que tenga un par de binoculares; si tienes acceso a un telescopio, puedes ver miles de cráteres. La Luna es un entorno único, no hay aire, ni agua, y casi no hay erosión en la superficie en absoluto. A diferencia de la Tierra donde la lluvia, el viento e incluso los sismos y volcanes perturban y remodelan la superficie, nuestra Luna está geológicamente muerta, allí no hay procesos activos de remodelación. El único clima y erosión en la Luna proviene de rocas que caen del espacio para golpear la superficie.

Si pudieras retroceder en el tiempo 100 millones de años, la Tierra se vería muy diferente. Aparte de los dinosaurios, ¡incluso los continentes estarían en diferentes ubicaciones! Montañas que parecen viejas y redondeadas ahora se habrían visto nuevas y escarpadas entonces; ¡algunas montañas con las que estamos familiarizados ni siquiera se habrían formado entonces!

Nuestra Tierra activa desgasta, entierra y destruye la mayoría de los cráteres en solo unos pocos millones de años. La mayoría de los cráteres conocidos en la Tierra han sido descubiertos desde el espacio, ya sea desde el transbordador espacial (1981 — 2011) o desde la Estación Espacial Internacional.

Ser astrónomo

¡Otra vez el telescopio! Ahora es el momento de echar otro buen vistazo a algunos cráteres en la superficie de la Luna. ¿Puedes ver las características que discutimos como llantas de cráter, eyección, rayos y monturas centrales en cráteres lunares? ¿Se pueden encontrar cráteres superpuestos donde un impacto destruyó evidencia de otro impacto anterior?

Encontrarás que algunos cráteres aparecen brillantes — estos son relativamente nuevos, ¡tienen menos de 100 millones de años! Otros cráteres muestran llantas erosionadas lo que indica que deben tener mil millones de años, o incluso mayores. También puede encontrar maria; cuencas oscuras, circulares llenas de lava de color oscuro. Estas maria son impactos tan tremendos que abrieron la corteza de la Luna permitiendo que la lava fluya desde lo profundo del interior. El interior de la Luna es todo sólido congelado hoy en día así que ningún impacto, no importa cuán grande sea, podría hacer que una maria se forme en los tiempos modernos.

Ser científico

A veces el tamaño y alcance del daño que un evento de impacto puede crear son difíciles de imaginar para los estudiantes. Si tienes alumnos mayores (^sexto grado y más), tal vez desees que investiguen qué podría hacer un impactador si golpeara la Tierra.

La Universidad Purdue en Indiana tiene un maravilloso sitio web llamado ¡Impact Earth! (www.purdue.edu/impactearth) que permite a los estudiantes ingresar datos sobre el tamaño de un impactador, su velocidad, ángulo y el tipo de terreno que se golpea. Una vez que ingreses los datos, tus alumnos podrán indicar qué tan lejos están y ver cómo les afecta el impacto.

¡La Tierra de Impacto! El sitio web muestra los daños por explosión, los daños por calor, los daños por eyección y los daños sísmicos del impacto y describe en detalle cómo sería el impacto para el observador en el suelo.

Seguimiento

La Tierra, Marte, Venus, Mercurio y la Luna muestran daños sustanciales por impacto de asteroides que golpean sus superficies, pero planetas más grandes como Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno no lo hacen.

Investigar estos planetas y compararlos con nuestra propia Tierra y Marte. ¿Por qué todos nuestros planetas internos mostrarían daños por impacto pero estos grandes mundos no lo hacen?

Respuesta: Estos mundos más grandes son planetas jovianos, a veces conocidos como 'Gigantes de gas' —no tienen superficies sólidas en absoluto. Los asteroides pueden impactarlos, pero penetran fácilmente en el interior del planeta sin dejar huella en la superficie gaseosa.