10.4: Modelado Dinámicamente La Superficie Lunar en Yeso

Este es un fascinante (¡y desordenado!) actividad que siempre parece deleitar a los niños. ¡El hecho de que los impactos de asteroides que dan forma a los mundos y lunas en nuestro sistema solar sean violentos y los asuntos repentinos se lleven fácilmente a casa a todos con esta emocionante actividad! Esta actividad requerirá un poco más de preparación, y práctica, que cualquier otra cosa que hayamos hecho antes. La práctica implica el tiempo, porque el yeso húmedo se endurece rápidamente y si comienzas demasiado pronto, las rocas impactantes simplemente desaparecerán como si las hubieras arrojado a un balde de agua, ¡pero espera demasiado y simplemente rebotarán en la superficie sin afectar nada! ¡Tendrás que probar esto a pequeña escala tú mismo antes de hacer la actividad más grande con los estudiantes!

Estándares Académicos

Prácticas de Ciencia e Ingeniería

• Desarrollo y uso de modelos.
• Planeación y realización de investigaciones.
• Analizar e interpretar datos.
• El uso de las matemáticas.

Conceptos transversales

• Causa y efecto.
• Sistemas y modelos de sistemas.
• Estabilidad y cambio.

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

1. Trabajar con Yeso de París requiere práctica. El yeso puede ser un medio desordenado y su mejor opción será trabajar al aire libre. De igual manera, el yeso puede dañar la ropa y los zapatos — ¡los niños necesitarán usar ropa y zapatos viejos si es posible para esta actividad!
2. Es posible que desee pedir ayuda a sus custodios con este proyecto. Estarás mezclando y vertiendo materiales pesados, ¡y lo más probable es que tu equipo de custodia tenga más experiencia trabajando con mortero que tú! Al equipo de custodia de mi escuela le encantaba trabajar conmigo en estos proyectos, ¡estoy seguro de que el tuyo también estará encantado de ayudar!
3. Un modelo permanente ofrece muchas ventajas sobre un modelo temporal de arcilla o harina. Los modelos permanentes se pueden tocar, pintar, medir, fotografiar y exhibir para padres y administradores.

Docencia y Pedagogía

Su nuevo modelo de yeso de la superficie lunar tiene bastantes características que a otros modelos les faltaron. La superficie pintada de oscuridad contrasta muy bien con el material de la manta eyecta (yeso blanco) por lo que usted y sus alumnos pueden ver claramente que el material fue expulsado de los cráteres a medida que se formaron.

Es posible que desee medir el tamaño de la manta eyecta (¡calcular el área aproximada de tal característica puede ser un problema de geometría interesante para los estudiantes mayores!) ¿Existe una correlación entre el tamaño del cráter y el tamaño de su manta de eyección? ¡Los geólogos y astrónomos modernos están investigando preguntas como estas incluso hoy!

Sin duda también notará que eventos posteriores (las pequeñas rocas) hicieron marcas sobre características más antiguas. Esto es exactamente lo que sucede en la superficie lunar como ya hemos comentado antes. ¡Tu modelo te muestra líneas de tiempo geológicas formándose en acción! Haga que sus alumnos mapeen su paisaje en un trozo de papel de construcción y nombre los cráteres principales. ¿Pueden construir una línea de tiempo que muestre cuándo se formaron estos cráteres?

La maria hecha de yeso oscuro también ofrece áreas para investigación. Si tomaste fotos antes y después de que se formara la maria, ¿cuántas características quedaron oscurecidas por los flujos de lava cuando el cráter original se llenó y se convirtió en maria? ¿Cómo se relaciona esta formación con nuestra línea de tiempo? ¿Pueden sus alumnos notar ondas o inconsistencias en el flujo de lava ahora que se ha endurecido? Estas características aún existen en la Luna hoy miles de millones de años después de que estos flujos de lava se endurecieron en piedra.

También te habrás dado cuenta de que nuestro modelo carece de algunas características que poseen los demás. Nuestros modelos de harina mostraron hermosos rayos, pero nuestro modelo de yeso no muestra ninguno. Pregunta a tus alumnos ¿por qué no? De hecho, nuestro modelo de harina estaba hecho de material pulverulento que era perfecto para formar rayos hechos de rayas de granos de polvo fino. Nuestro modelo de yeso se mojó, ¡y nuestras pequeñas rocas de ninguna manera pudieron golpear la superficie lo suficientemente fuerte como para pulverizarla nuevamente en polvo!

Resultados de los estudiantes

¿Qué descubrirá el alumno?

1. Tendemos a aprender cosas como la deriva continental, los terremotos y la construcción de montañas que tardan millones de años en cambiar la superficie de un planeta. Los cráteres de impacto son eventos titánicos que cambian la superficie de un planeta en minutos, y a veces extinguen gran parte de la vida en la superficie e incluso en las profundidades de los océanos.
2. Los cráteres vienen en diferentes tamaños, ¡y todas las energías de impacto diferentes! Los cráteres más pequeños de la Luna se encontraron en pequeñas cuentas de vidrio; estos cráteres microscópicos fueron hechos por gránulos mucho más pequeños que un grano de arena. El cráter conocido más grande del sistema solar se llama Aitken Basin — ¡tiene 2200 km de ancho (más grande que Alemania) y tiene hasta 15 km de profundidad!
3. Los cráteres no solo perturban y dan forma a la superficie de un planeta, a veces también afectan el interior. María en la Luna son ejemplos de cráteres tan profundos que permitieron que la lava del interior de la Luna fluyera a la superficie y llenara estas cuencas gigantes.

¿Qué aprenderán tus alumnos sobre la ciencia?

1. Tomados en conjunto, estos diversos modelos nos muestran algo único sobre el proceso científico. Específicamente, a pesar de que cada modelo era bastante bueno, ninguno de ellos mostró todas las características y hechos que ya sabemos que es cierto sobre la superficie lunar. La ciencia moderna trata de construir modelos que nos ayuden a entender cómo funciona la naturaleza, pero estamos limitados por el tiempo, el dinero, las herramientas, e incluso por cosas que aún no hemos descubierto o que no entendemos.
2. Los científicos suelen construir múltiples modelos para ayudarlos a comprender diversos aspectos de la naturaleza. Algunos de estos modelos son físicos, más bien como los que has hecho en tu salón de clases. Otros modelos pueden estar mucho más alejados de los procesos reales, otros pueden ser completamente matemáticos y ¡no tienen componentes físicos en absoluto!
3. Cuando vemos que los científicos tienen múltiples modelos de algo, o incluso múltiples explicaciones para un solo fenómeno, eso no significa que los científicos estén 'haciendo un mal trabajo' o que no entiendan lo que está pasando. La ciencia es una actividad rica, llena de matices y sutileza.
4. Cuando estamos modelando algo tan maravilloso y complejo y formando la superficie de todo un planeta, puede tomar una serie de modelos que nos ayuden a entender la naturaleza de manera más completa. A veces un solo modelo no puede mostrarnos todo lo que queremos; y algunas cosas, como las colisiones de asteroides, son tan tremendas en su energía y tamaño que simplemente no podemos modelarlas completamente en nuestros laboratorios o aulas.

Realización de la Actividad

Materiales

1. Bolsa de 25 lb de yeso de parís — (Consulta tu tienda local de mejoras para el hogar para esto, ¡el departamento de pintura generalmente la tiene!)
2. Bolsa de 25 — 50 lb de “arena de juego” — La arena de juego es más fina que la arena de construcción y hace un mejor trabajo para nosotros con este proyecto. El mayor problema es cargar las cosas, ¡pero se puede usar para muchos proyectos de aula!
3. Un plato muy grande o una sartén para cafetería y una cuchara grande de metal o paleta de jardín para mezclar el yeso. También se puede usar una carretilla si su custodio tiene una.
4. Lata de pintura en aerosol negra plana (cualquier color oscuro servirá.)
5. La parte superior de una caja de papel de copia
6. Un rollo de cinta adhesiva
7. Una cantidad de pintura negra a base de agua para el aula (aproximadamente ½ taza.) También se puede usar colorante alimentario negro para esto si está disponible.
8. Bolsa grande para basura o papel de aluminio para forrar la parte superior de la caja
9. Rocas y guijarros surtidos desde el tamaño de la uña hasta el tamaño del huevo. Usa solo una de las rocas de tamaño más grande (2 pulgadas), 5-7 del tamaño de 1 pulgada, y todos los demás obtienen un tamaño más pequeño.
10. Lona grande o paño de caída, al menos 12 x 12 pies. (Ver Actividad #22)

Construyendo el modelo de paisaje lunar

1. Todo el mundo usa ropa vieja para esto. El yeso puede salpicar un poco, y realmente no saldrá de la ropa o de los zapatos. La lona te ayudará, pero solo ten en cuenta este tema.
2. Refuerce todas las esquinas de la parte superior de la caja con tiras de cinta adhesiva. Asegúrate de usar lo suficiente, la mezcla de yeso será pesada y si estalla fuera de tu caja, ¡la actividad se arruinará!
3. Extiende la lona y la parte superior de la caja de cartón del papel de copia y forra la caja con una bolsa de basura grande o una generosa capa de papel de aluminio. Tenga a mano todos sus materiales, agite previamente la lata de pintura en aerosol y asegúrese de que todos tengan una roca que lanzar.
4. En tu plato grande (¡incluso una carretilla de ruedas funciona bien!) mezclar 2 partes de yeso seco a una parte de arena seca. Está bien si tienes arena extra, pero muy poco no servirá, ¡asegúrate de hacer lo suficiente! Si terminas con más yeso húmedo del que necesitas, el extra se puede tirar en una bolsa de basura de plástico para colocarlo y luego tirarlo cuando se endurezca. Siga las instrucciones en la bolsa, pero mezcle el yeso húmedo, agregue solo un poco más de agua de la estrictamente necesaria. La mezcla será como la masa de pastel cuando se mezcle adecuadamente. Asegúrate de usar la cuchara para cavar en el fondo y las esquinas de la sartén para que se mezcle todo el yeso. Si sientes que la has hecho demasiado líquida, puedes agregar otra taza de yeso, ¡no te preocupes, se espesará y endurecerá!
5. Cuando esté mezclado, vierta el yeso en el molde de su caja de cartón, llenándolo hasta la parte superior. Inmediatamente pinte en aerosol la parte superior del yeso. ¡Este es un excelente momento para que un voluntario enjuague bien su bandeja para platos con una manguera de jardín! Si tienes algún yeso extra, viértalo en un vaso de papel como probador. Métete en esta mezcla con un palo — si el yeso ya no está líquido y el palo deja algún tipo de marca permanente, ya estás listo para comenzar. Esto no tardará mucho, tal vez ni siquiera un minuto.
6. Haga que cada uno de sus alumnos sostenga el borde de la lona y la levante frente a ellos mismos como un delantal o protector contra salpicaduras. (¡No levante la caja de yeso húmedo y la derrame!) Comience con el estudiante sosteniendo la roca más grande, tírela vigorosamente en el medio de la caja. Después de esto, los estudiantes con rocas medianas pueden arrojarlas una a la vez. No los dejes caer, debes tirarlos al yeso para causar una impresión lo suficientemente grande. Termina con todas las rocas más pequeñas. Si tienes 30 alumnos, tendrás un paisaje excelente —si es menor, algunos estudiantes pueden arrojar una roca extra o dos.

Explorando el modelo del paisaje lunar

1. Deja que la escayola se endurezca por lo menos una hora antes de moverla, luego llévala dentro. Va a ser pesado, ¡consigue algo de ayuda con esto! ¡Asegúrate de exhibirlo en una mesa robusta donde no se caiga!
2. ¡Ahora es el momento de llenar la maria! Es posible que desee tomar una foto del paisaje antes y después de hacer la maria para comparar! Poner un par de tazas de yeso (esta vez sin arena) en un tazón grande para mezclar, agregar ½ taza de pintura negra o rociar una botella entera de colorante alimentario azul oscuro o negro en el agua requerida. ¡Mezcle el yeso y asegúrese de que esté delgado y líquido! Vierte este yeso cuidadosamente en el cráter más grande de tu paisaje: ¡tu maria se está llenando de lava! Si parte de la lava de yeso oscuro desborda la maria y sale corriendo a la superficie, eso es excelente, ¡al igual que sucede en la Luna! Notarás que algunos de los cráteres están llenos y borrados por el flujo de lava, ¡señale esto a los estudiantes como sucede!
3. Para un realismo extra, es posible que desee arrojar algunas rocas muy pequeñas (menos de ¼ de pulgada) para hacer pequeños cráteres en el piso de maria.
4. [Opcional] Puede usar una línea de ajuste de tiza para marcar líneas de longitud y latitud en su modelo. Pregúntele a su personal de custodia sobre esto, es muy probable que puedan tener uno que ya pueda usar; si no, uno de ellos probablemente sabrá cómo usarlo y podrá ayudarlo con esto. Si no tiene una línea de broche de presión, puede usar cordel constructor de colores (disponible en cualquier tienda de mejoras para el hogar). Deja tu modelo en la caja de cartón y corta muescas cada centímetro a lo largo de los bordes de la caja. Enhebre el cordel hacia adelante y hacia atrás a través de las muescas, primero a lo largo, luego en sentido transversal. ¡El cordel marcará líneas de longitud y latitud que ayudarán a tus alumnos a dibujar y mapear el paisaje que han hecho!

Preguntas de Discusión

1. ¿Cómo es este modelo mejor que los modelos de harina que hicimos antes?
   • Respuesta: Este modelo nos da un registro permanente que es más fácil de estudiar en un periodo de días y semanas después de que lo hicimos.
2. ¿Por qué este modelo no muestra rayos de cráter como lo hizo el modelo de harina?
   • Respuesta El yeso en nuestro nuevo modelo comienza como un líquido y salpica al impactar. ¡La harina ya está molida hasta convertirse en polvo y es capaz de ser expulsada del cráter al igual que la piedra pulverizada de un cráter real!
3. ¿Qué notaste cuando tu maestra empezó a llenar la maria con yeso de color oscuro?
   • Responder Este yeso oscuro es como lava proveniente de lo profundo del interior lunar. El yeso llena la maria, haciendo una superficie lisa y nivelada. El yeso también llena, cubre y destruye algunos de los cráteres más pequeños a medida que fluye a través de la superficie.

Materiales Suplementarios

Profundizando

La elaboración de mapas es una de las actividades matemáticas más antiguas. Los mapas hacen representaciones físicas visibles de tamaños, distancias y relaciones espaciales que trascienden el lenguaje. Es por ello que la elaboración de mapas es una de las técnicas más poderosas que tiene un profesor de ciencias para enseñar de manera efectiva al estudiante de ESL.

Una vez que haya colocado líneas de longitud y latitud en su modelo, haga que los estudiantes hagan una cuadrícula en un trozo de papel de construcción. Haga que los estudiantes mapeen las características de su modelo lunar en su propio papel; esto hace que sea una excelente estación de actividades para el día de trabajo en grupo.

Dígales a los estudiantes cuántas millas o kilómetros representa cada cuadrado, luego pídales que usen la cuadrícula para determinar cosas como la ubicación x-y de varios cráteres, tamaños de cráteres y maria, y las distancias entre varias características usando el teorema de Pitágoras o simplemente midiendo con una regla.

Ser astrónomo

Otra noche en el telescopio mirando a la Luna? ¡Seguro! La Luna es hermosa y misteriosa y digna de toda una vida de estudio. Si has estado realizando estas actividades de superficie lunar a lo largo de un semestre, tus clases irán aportando más conocimientos al ocular cada vez que se vean.

Cuando llegamos al telescopio con un modelo mental de la Luna, sus cráteres y maria fresca en nuestras mentes, entonces venimos preparados para explorar y descubrir cosas nuevas. En definitiva, estamos preparado para aprender —no solo para ver—.

Si tus alumnos tienen otra oportunidad de estudiar la Luna a través de un telescopio, pídales que busquen evidencias de procesos geológicos como flujos de lava, deslizamientos de tierra dentro de las paredes de cráteres gigantes, incluso erosión geológica de antiguos bordes de cráteres.

Ser científico

Los cráteres, a pesar de su gran edad, nos dicen mucho sobre la energía de impacto del asteroide que los hizo. Los cráteres más grandes obviamente indican más energía, pero ¿cómo medir esto? Con tu modelo de yeso, tienes una manera divertida y fácil de investigar esto. Al llenar un cráter de yeso con agua hasta el borde, se puede medir el volumen del cráter con bastante precisión; más volumen indica que se voló más material superficial, ¡y de ahí más energía de impacto!

Para medir el agua, necesitarás un cilindro graduado (una especie de taza medidora muy precisa), o una báscula que pueda pesar en gramos. Un cilindro graduado se mide con precisión para permitirle registrar cuántos mililitros de líquido hay en su interior. Comienza con un cilindro con 100 mL de agua, y después de haber llenado un cráter te quedan 13 mL —luego has usado 87 mL de agua para llenar el cráter— este es el volumen del cráter, y una medida directa de la energía que creó el cráter en primer lugar.

Una botella de agua y una báscula digital funcionan igual de bien. Pesar la botella llena en gramos, y pesarla de nuevo después de haber llenado el cráter. Si tu botella pesa 1000 gramos llena, y 835 gramos después de llenar el cráter, has usado 165 gramos de agua para llenar el cráter. Curiosamente, esto significa que el volumen de tu cráter es de 165 mL. Esta correlación exacta entre gramos y mL de agua no es una coincidencia — los científicos franceses diseñaron el sistema métrico con el agua en mente para que 1 mL de agua se definiera como exactamente 1 gramo de masa.

Una cosa que tus alumnos notarán es que no pueden medir directamente el volumen de la maria que has creado porque los has llenado de yeso 'lava'. ¡Los científicos y astrónomos en la Tierra tienen el mismo problema a la hora de estudiar la Luna! Haga que sus alumnos midan y registren el diámetro de los cráteres junto a sus volúmenes. ¿Se puede encontrar alguna correlación entre energía y diámetro? ¡Intenta graficar tus cráteres con energía en el eje vertical y diámetro en el eje horizontal!

Después de nombrar, mapear y medir el volumen de los cráteres, registrar la energía del cráter (volumen en mL) en sus mapas. Haz una lista de los cráteres en tu mapa y clasifica el tamaño de los impactos. Esta pequeña aventura en un análisis más matemático de tu paisaje lunar puede ser a la vez emocionante y divertida.

Seguimiento

Los cráteres están por todas partes en nuestro sistema solar. Tómate un tiempo en internet para buscar fotos de Marte, Mercurio, incluso Plutón, ¡estos cuerpos están cargados de cráteres! Intenta buscar imágenes de 'Lunas de Saturno', o 'Lunas de Júpiter' — hay más de 120 de estas lunas para que las explores, y todas ellas tienen cráteres.

¿Qué tan grandes son estos cráteres comparados con las propias lunas pequeñas? Echa un vistazo a un cráter llamado Stickney en la luna marciana Fobos. Este cráter cubre una porción sustancial de la superficie de la luna marciana. ¿Qué tan grande crees que un cráter puede tener una luna o un planeta sin ser destruido? ¡Los científicos debaten y estudian este tema hoy!

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1. La astronomía está plagada de nombres y nomenclatura interesantes y hay mucho debate sobre lo que califica y no califica como planeta. Los objetos grandes (más de 50 millas de ancho) a veces se llaman protoplanetas, planetessimales o incluso planetoides. Para que las cosas sean simples, me he limitado a meteoroide (pequeña roca invisible de la Tierra) y asteroide (lo suficientemente grande como para ser visto con un telescopio). Un objeto se convierte en planeta cuando es lo suficientemente grande como para volverse de forma esférica.