Soluciones actividades tema 1

ACTIVIDADES TEMA 1
1) Contribución principal de Eratóstenes a la Astronomía
La esfericidad de la Tierra.
Calculó su perímetro y su radio.
2) Diferencia entre el modelo geocéntrico y heliocéntrico
Modelo geocéntrico: En el siglo II d.C., Claudio Tolomeo planteó un modelo del
Universo con la Tierra en el centro. En el modelo, la Tierra permanece estacionaria
mientras los planetas, la Luna y el Sol describen complicadas órbitas alrededor de ella.
Modelo heliocéntrico: En el siglo XVI, Nicolás Copérnico publicó un modelo del
Universo en el que el Sol (y no la Tierra) estaba en el centro.
3) Contribución de Galileo a la Astronomía.
El físico y astrónomo italiano Galileo Galilei (1564-1642) sostenía que la Tierra giraba
alrededor del Sol, lo que contradecía la creencia de que la Tierra era el centro del
Universo.
Su principal contribución a la astronomía fue el uso del telescopio para la observación y
descubrimiento de las manchas solares, valles y montañas lunares, los cuatro satélites
mayores de Júpiter y las fases de Venus.
4) Ley de Hubble.
La ley de Hubble establece que la velocidad de alejamiento de una galaxia es
directamente proporcional a su distancia. Esta ley se puede expresar de la siguiente
manera:
v = H0 · D
donde:
v, es la velocidad de alejamiento de una galaxia (en km/s).
D, es la distancia entre la galaxia y la Tierra (en megaparsec: Mpc).
H0, es la constante de proporcionalidad de Hubble
5) ¿Qué significado tiene el fenómeno conocido como desplazamiento hacia el
rojo?
El desplazamiento de las bandas espectrales de absorción hacia longitudes de onda
mayores correspondientes al rojo, y significa que la galaxia se aleja respecto del
observador situado en la Tierra.
6) ¿De qué está formado un protón?
De 3 quarks. La unión 3 quarks da lugar a un protón (la fuerza que los mantiene
unidos es la fuerza nuclear fuerte).
7) ¿Cuáles fueron los principales acontecimientos de la evolución del universo tras
el Big Bang?
En el instante inicial del Big Bang las 4 fuerzas de la física estaban agrupadas en una
sola fuerza (llamada “superfuerza”). Posteriormente, se fueron separando. La primera
que se separó fue la fuerza de la gravedad. Después se separó fuerza nuclear fuerte. Y
por último, la nuclear débil y la electromagnética (todo el proceso duró una fracción
minúscula de segundo).
- En los primeros instantes del universo tuvo lugar la inflación. La inflación
supuso que en un instante minúsculo el universo aumentó de tamaño millones y
millones de veces. Este crecimiento desmesurado e instantáneo del universo provocó
que algunas regiones crecieran algo más rápidamente que otras y se generasen
irregularidades o “arrugas” (leves diferencias de temperatura y densidad entre unas
zonas y otras). Las zonas más densas serán el origen de las futuras galaxias.
- Según la ecuación de Einstein E = m.c2, energía y materia son equivalentes. En
los primeros instantes del universo, la energía se convertía en materia y viceversa. De la
energía surgieron partículas de materia y antimateria. De este modo se formaron quarks
y antiquarks. Aunque el número de quarks creados fue muy similar al de antiquarks,
tuvo lugar una pequeña asimetría (apareciendo un poco más de quarks). Cuando quarks
y antiquarks colisionaban, desaparecían, desprendiendo energía. Todos los quarks y
antiquarks desaparecieron de este modo, excepto 1 quark de cada mil millones (este es
el origen de la materia actual del universo).
- A medida que el universo crece de tamaño va enfriándose, y se producen
nuevos cambios. Una millonésima de segundo después del Big Bang la fuerza nuclear
fuerte actúa uniendo quarks para formar protones y neutrones.
- Una milésima de segundo después del Big Bang la temperatura disminuye y
dejan de formarse quarks. Empiezan a formarse otras partículas: los leptones (entre
ellos, electrones y sus correspondientes antipartículas). Al final de esta etapa
desaparece toda la antimateria, y solo queda la materia.
- Un segundo después del Big Bang los protones y los neutrones se unen para
formar núcleos. Se formaron núcleos de hidrógeno, helio y pequeñas cantidades de
litio (los 3 elementos más simples de la tabla periódica).
- Unos 30.000 años después del Big Bang la fuerza electromagnética asocia los
núcleos con los electrones formando átomos de hidrógeno, helio y litio. Los electrones
quedaron atrapados en los átomos y el universo se volvió transparente.
- Por último, a partir de 1 millón de años se formaron las galaxias. Partiendo de
las irregularidades iniciales en la temperatura y densidad de la materia, la fuerza de
gravedad hizo que en ciertas zonas la materia se concentrara para formar galaxias,
cúmulos, supercúmulos y filamentos.
8) ¿Qué es la energía oscura?
La ENERGÍA OSCURA es el 74% del total de materia-energía del universo. Tiene un
carácter repulsivo o expansivo, y provoca que el universo acelere su expansión.
9) ¿En qué consisten las reacciones de fusión nuclear y dónde tiene lugar?
En las estrellas. Cuando se alcanza la temperatura crítica de unos 107 °C, los núcleos de
los isótopos del hidrógeno colisionan con una violencia capaz producir el acercamiento
de las partículas nucleares a distancias tan pequeñas que permitan actuar a las
poderosas fuerzas nucleares de atracción para dar lugar a núcleos de helio: los núcleos
de deuterio y tritio se fusionan en un núcleo más pesado de helio, se desprende un
neutrón y se libera gran cantidad de energía.
10) ¿Cuál es el destino de una estrella como el Sol cuando comienza a agotar su
combustible?
Con el tiempo, todo el hidrógeno de una estrella como el Sol se convierte en helio y las
reacciones de fusión se desplazan hacia la periferia, donde aún existe hidrógeno
disponible. Con la desaparición del hidrógeno se pierde masa, lo que provoca una
disminución de la componente gravitatoria y un aumento de la componente expansiva:
la superficie de la estrella aumenta entonces de tamaño y se transforma en un tipo de
estrella que recibe el nombre de gigante roja. Mientras tanto, el helio se ha ido
acumulando en el núcleo de la gigante roja y continua compactándose hasta alcanzar la
temperatura crítica que permita la fusión del helio para formar carbono. La consiguiente
liberación de enormes cantidades de energía hará que la estrella se hinche y se vuelva
inestable:
Sus capas externas se desprenden formando un anillo de humo estelar, conocido con el
nombre de nebulosa planetaria (aunque nada tiene que ver con los planetas; se trata de
una antigua denominación que establecieron los primeros astrónomos).
En el interior se aloja el núcleo desnudo de la antigua gigante roja, que se transforma en
una estrella denominada enana blanca, cuya energía proviene de la fusión del helio que
conduce a la síntesis de carbono. Cuando agote todo el helio, se enfriará lenta y
progresivamente hasta apagarse por completo, originando una estrella de carbono,
oscura y fría, llamada enana negra.
11) ¿Cuál es el destino final de una estrella gigante de gran masa?
Cuando las estrellas gigantes consumen todo el hidrógeno, se hinchan y se convierten
en supergigantes rojas, cuyo gran núcleo se asemeja a una enorme cebolla. Cada una de
sus capas concéntricas alberga un proceso diferente de reacción de fusión termonuclear
que forma un elemento químico distinto (carbono, magnesio, silicio, etc.), hasta que se
sintetiza el hierro, el elemento más estable de la naturaleza. Todas estas reacciones
desprenden energía; pero la última de ellas, que da lugar a la síntesis del hierro, no
libera energía, sino que la consume. Después de la síntesis del hierro, actúa la
componente gravitatoria y la supergigante roja se colapsa, de tal forma que las ondas de
choque generadas por esta tremenda implosión rebotan primero en un núcleo
extremadamente denso y se propagan después a gran velocidad, produciendo una
tremenda explosión que libera enormes cantidades de energía.
Como consecuencia de la implosión, el núcleo de la supergigante roja sufre una
compactación tan extraordinaria que queda convertido en una estrella de neutrones o, si
la estrella tenía mucha masa, en un agujero negro, cuya densidad es tan grande que
ejerce una poderosa atracción gravitatoria sobre todo lo que pasa por su entorno,
incluida la luz.
La fase de explosión de la estrella en un final y terrible estallido se llama supernova.
12) ¿Qué son los planetas enanos?
Son cuerpos celestes que orbitan alrededor del Sol y poseen una masa suficiente para
que su propia gravedad les permita tener una forma casi redonda; pero tienen otros
cuerpos en sus órbitas, es decir, no son los cuerpos dominantes de su entorno y no son
satélites. Los planetas enanos describen órbitas alrededor del Sol muy elípticas e
inclinadas.
13) ¿Cuál es el origen de la hidrosfera y de la primitiva atmósfera terrestre?
La gran actividad volcánica de la Tierra primitiva arrojó al exterior inmensas
cantidades de vapor de agua que, al condensarse, formó el agua de los mares y océanos
que forman parte de la hidrosfera. Otros gases también liberados por las emanaciones
volcánicas fueron retenidos por la fuerza gravitatoria del planeta y formaron la
atmósfera primitiva, carente de oxígeno y rica en vapor de agua, amoníaco, metano y
nitrógeno.
14) ¿Dónde se localizan los asteroides?
Los asteroides orbitan alrededor del Sol y se localizan en el cinturón principal de
asteroides, situado entre las órbitas de Marte y Júpiter, y en el cinturón de Kuiper,
situado más allá de las órbitas de Neptuno y Plutón
15) ¿Qué condiciones propiciaron la aparición de vida en la Tierra?
- La atmósfera terrestre filtra la radiación solar nociva.
- Su posición, ni muy cerca, ni muy lejos del Sol, mantienen una temperatura suave.
- La presencia de agua líquida.
- La órbita de La Tierra alrededor del Sol es poco elíptica, esto implica que los
cambios de la velocidad de La Tierra no es muy considerable y por lo tanto no
hay cambios climatológicos muy radicales
16) ¿Por qué los observatorios astronómicos se suelen situar en las cumbres de las
montañas o en órbita alrededor de la Tierra?
Cualquier tipo de luz o radiación procedente del espacio exterior tiene que atravesar la
atmósfera antes de ser captada por un telescopio. Pero el aire de la atmósfera difumina
las imágenes y entorpece la visión.
17) ¿Por qué hacen falta potentes cohetes para lanzar ingenios espaciales?
Para poder escapar de la enorme atracción gravitatoria que ejerce la Tierra, es necesaria
la potencia de un cohete que permita alcanzar la velocidad de escape de 40 000 km/h.
18) Característica de los transbordadores espaciales.
Los transbordadores o lanzaderas espaciales son naves espaciales tripuladas, dotadas de
motores y diseñadas para permanecer en órbita alrededor de la Tierra varios días y
volver de nuevo a nuestro planeta. Se pueden reutilizar varias veces y llevan a cabo
distintas misiones: colocar y reparar satélites, realizar experimentos científicos,
transportar componentes de las Estaciones Espaciales, etc. El transbordador es puesto
en órbita con la ayuda de dos cohetes aceleradores y un gran depósito de combustible,
que luego se desprenden. Está recubierto de un sistema aislante que lo protege de las
altas temperaturas que debe soportar cuando la fricción del aire lo calienta al reentrar en
la atmósfera.