-
Un conjunto de 35 planes de lecciones, que cubre desde la sección
nº 1 a la nº 24 (pero no la nº 12a), enlazadas a una página
principal y con la intención de ayudar a los enseñantes
a preparar este material para su uso en la clase. Cada plan de lección
contiene
- Una descripción
- Direcciones Web
- Objetivos, que deberá aprender el estudiante
- Nuevos términos usados
- Una introducción recomendada a la lección y
- Una colección de preguntas y ampliaciones, en relación al
material adicional o ejemplos.
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Nuevas secciones sobre el momento y la aberración de la luz estelar,
e instrucciones para la realización de un experimento simple para
comparar masas sin el uso de la gravedad, tal y como lo hacemos en el Skylab
(nº 17). La sección de matemáticas tiene ahora "Ejercicios
de Destreza en Álgebra" (nº M-1A) y se dispone de 52 problemas.
También existe una nueva sección con preguntas de los usuarios
(con respuestas).
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Varias secciones han sido actualizadas, ampliadas o reescritas para una
mayor claridad.
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La traducción al español De Astrónomos
a Astronaves la está realizando J. Méndez de Algorta
(Vizcaya), España. En el momento en que se finalizan nuevas secciones,
se ubican el la web.
"Stargazers" será presentada en el año escolar 1999-2000
como un curso de bachillerato en Maryland y en New Jersey. Si ya
ha usado o va a usar este material en su clase, el autor, Dr. David P.
Stern, le agradecería recibir
de Ud. (1) Su nombre (2) Dirección (3) E-mail (4) Colegio (5)
Curso-s en los que usa este material (6) Las secciones usadas de "Astrónomos"
(o "todas") (7) cualquier comentario de interés.
Los futuros planes incluyen
-
Siete secciones sobre el Sol y dos sobre la Luna, y también una
sobre la construcción y uso de una ballestilla
(instrumento náutico antiguo para la estimación de la altura
de los astros).
- Planes de lecciones relativas al resto de "Astrónomos".
- Archivos agrupados para simplificar la descarga del curso "Astrónomos"
completo en la computadora del usuario.
- Archivos concatenados, que permitan imprimir copias en papel con mínima
pérdida de espacio.
Descripción del material
"De Astrónomos a Astronaves" contiene tres partes principales con
alguna ligera superposición:
-
Astrónomos (secciones 1-12) --
un estudio del movimiento de la Tierra en el espacio y del sistema solar
al que pertenece, casi en su totalidad en el enfoque de la astronomía
anterior al telescopio. La mayoría del material se refiere a fenómenos
que el estudiante puede observar directamente.
-
Órbitas y Navegación Espacial
(secciones 9-25) -- una introducción a la teoría del movimiento
de Newton y sus aplicaciones a la navegación espacial.
-
Naves Espaciales (secciones 23-34 )
-- una visión histórica de los vehículos espaciales,
sus usos actuales y futuros.
Además, este sitio incluye un repaso de matemáticas
(secciones M-1 a M-11), una rápida e independiente introducción
al álgebra y a la trigonometría, con alguna delicia sobre
los comienzos del álgebra y el descubrimiento del Monte Everest.
Las partes (1) y (2) se pueden enseñar por separado o conjuntamente
y son en su mayoría independientes entre si. La parte (3) es más
una "parte divertida", el postre que sigue al curso principal. Aunque la
parte (2) no abarca toda la mecánica newtoniana, notoriamente ausentes
están el momento, la fricción, el movimiento armónico,
la torsión, el movimiento del cuerpo rígido y el equilibrio
del cuerpo rígido, proporciona un curso básico razonable
sobre los fundamentos y se mantienen como una unidad. Me pregunto si se
puede abarcar más durante el tiempo a que obliga el bachillerato.
También se proporciona una selección de problemas
para los estudiantes. Los profesores que usen este material en clase pueden
obtener una lista de las soluciones por correo normal, enviando una solicitud
personal en papel con el membrete del colegio al Dr. David P. Stern,
Code 695, Goddard Space Flight Center, Greenbelt, MD 20771, USA.
Se aconseja a los profesores cuyos cursos abarquen cualquiera de estas
áreas, que hagan una copia para su propio uso y lo lean en su tiempo
de ocio. Aunque sus cursos sigan secuencias y textos diferentes, encontrarán
aquí muchas ideas y ejemplo que enriquecerán sus enseñanzas
y les proporcionarán diversidad. Cada una de las tres partes pueden
leerse independientemente entre si.
Proyectos
Además de usarse "Astrónomos" como guía en un curso
sucesivo, puede servir como recurso para proyectos estudiantiles, grandes
(L) y pequeños. Muchos ítems contienen enlaces a otros sitios
web relevantes, que pueden consultar los estudiantes. Algunos asuntos,
con los números de las secciones relevantes en paréntesis,
son:
El reloj de Sol (2a)
Calendarios (6)
Precesión (7)
Forma y tamaño de la Tierra (8)
Distancia a la Luna (8b-d).
Desde Ptolemeo a Copernico y Kepler (9-12, 20, 21)(L)
Leyes de Newton (16-18, 18a, 24)(L)
Mediciones de la masa en el espacio (17-17b)
Gravitación Universal (16-20) (L)
Marcos de referencia (22-22b, 23, 24)
Fuerzas centrípeta y centrífuga (19,20,22, 23)(L)
La fuerza de Coriolis (24)
Robert H. Goddard (25) (puede ser L)
Historia de los Vuelos con Cohetes (24, 25, 26, 27) (puede ser L)
Tipos de vehículos espaciales y lo que hacen (29) (L, o se puede
subdividir)
Vuelos espaciales poco convencionales: Cañón (30, 30a)
Vuelos espaciales poco convencionales: Energía nuclear (31;
puede ser L)
Vuelos espaciales poco convencionales: Velas solares y cohetes de iones.
(32-33) (complementado con las secciones sobre iones y plasmas del web
site "Exploration")
Órbitas de los satélites (12a, 21, 21a, 34) (L)
Puntos Lagrangianos (34, 34a, 34b)
Encuentros planetarios (35, 35a)
(L si se complementa con material sobre misiones específicas)
La herencia de Al Khorezmi (M-2, M-8 y fuentes adicionales)
La trigonometría y el descubrimiento del Monte Everest (M-6,8b)
Las ideas que "Astrónomos" intenta transmitir
"De Astrónomos a Astronaves" fue precedida por un sitio web algo
mayor "The
Exploration of the Earth's Magnetosphere" que trata del entorno magnético
de la Tierra en el espacio, la aurora polar, los cinturones de radiación,
las tormentas magnéticas, los rayos cósmicos y mucho más.
No matemática e independiente, 'Exploration" comienza con un esbozo
de la física que implica, mucha de ella aplicable al curriculum
de bachillerato. Los profesores que deseen introducir sus clases a los
campos magnéticos, electrones, iones, plasmas, el Sol y sus erupciones,
el viento solar y los descubrimientos hechos por satélites no tripulados,
encontrarán aquí una gran cantidad de material útil.
"Astrónomos" comparte muchas de las ideas que guían a
"Exploration":
-
Uso de la historia de la ciencia como un marco unificado. Siguiendo
la pista de la evolución de las ideas, se establece en la mente
del estudiante un marco de trabajo lógico. La personalidad de los
descubridores, las vueltas que preceden a un descubrimiento, todo eso ayuda
a mostrar el tema.
Los estudiantes se darán cuenta de que los científicos
antiguos eran muy ingeniosos, Eratostenes calculando el tamaño de
la Tierra, Hiparco situando el lugar del Sol en el cielo mediante la observación
de un eclipse de Luna, Aristarco proponiendo su teoría heliocéntrica,
e incluso las epicicloides de Ptolemeo son lógicas cuando uno se
enfrenta con el movimiento retrógrado de los planetas. Hallará
que los argumentos de Colón de hecho eran falsos, que sus rivales
nunca afirmaron que la Tierra era plana, y que si no fuera por la tobera
de cohete que Goddard adaptó de las turbinas de vapor, los vuelos
espaciales seguirían siendo un sueño imposible. Después
de todo, pueden llegar a la conclusión de que la ciencia no es aburrida.
-
Ambos sitios intentan transmitir el espíritu de la investigación
científica. No existe un camino fijado hacia un descubrimiento,
y a menudo la Naturaleza presenta enigmas más complejos de lo que
sugieren los libros de texto. El estudiante llegará a entender que
la ciencia es una prolongación del sentido común y descansa
sobre una red de deducciones lógicas. Lo teorización no tiene
lugar en ella, más bien, las explicaciones son aceptadas como verdades
solo después de que ninguna otra cosa tenga sentido, y existen aún
problemas irresolutos que obstaculizan las mentes más agudas.
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"Astrónomos" y "Exploration" también intentan proporcionar
una visión equilibrada de lo que son los científicos.
No son unos aburridos vestidos con bata blanca, que viven fuera del mundo
real, sino individuos activos que forman, y mucho, parte de la sociedad.
Y además, la ciencia es una parte importante de la herencia cultural
del mundo. Al Khorezmi escribió sobre las leyes de la herencia,
la historia de la trigonometría y la cartografía, la fantasía
de Robert Goddard y los cuentos extraños de Gerald Bull y el
"Proyecto Orión"-- todos les pertenecen.
-
Esperamos que informando al estudiante con las ideas y argumentos anteriores
sobre hechos científicos aceptados, aumentará su entendimiento,
aunque las limitaciones impuestas por el tiempo y por la naturaleza del
material no permite experiencias manuales. Tanto "Astrónomos" como
"Exploration" han intentado evitar "conocimientos de libro", hechos
que el estudiante aprende a solas de los libros, sin una idea clara de
por que son verdad.
Por ejemplo, "Astrónomos" no proporciona a los estudiantes
ningún nemotécnico para recordar los nombres y el orden de
los planetas, pero se hace hincapié por donde los planetas aparecen
en el cielo, como aparentan moverse y como Ptolomeo y Copernico estimaron
sus movimientos. Sería estupendo que los estudiantes salgan al exterior
durante la noche para observar el cielo y algunos se pueden motivar por
este material para hacerlo, pero dentro de las limitaciones de la web,
podría ser duro ir más allá del alcance actual.
Algunos de los detalles difieren. "Exploration" es completamente
no matemática, mientras que "Astrónomos" incluye algo de
matemáticas, especialmente las concernientes a la mecánica
newtoniana. Las mates se mantienen al mínimo y se proporciona un
"repaso de matemáticas", que cubre las herramientas usadas aquí.
La denominamos "repaso" para atraer a los estudiantes inseguros de sus
habilidades, pero realmente es un curso completo independiente, aunque
breve, y proporcionará a los estudiantes motivado y paciente, incluso
a los poco familiarizados con el álgebra y la trigonometría,
todas las herramientas requeridas.
Un curso de bachillerato también necesita problemas. Algunos
están incluidos en los planes de lección
e incluyen soluciones, otros se pueden encontrar en el
archivo de problemas. Allí no se dan soluciones, pero (como ya se advirtió)
los profesores que envíen una solicitud en papel timbrado del colegio
al autor, Dr. David P. Stern, Code 695, Goddard Space Flight Center, Greenbelt,
MD 20771, USA, le enviará las soluciones. La sección de matemáticas tiene un
ejercicio de destreza en álgebra
y otros ejercicios matemáticos se añadirán a posteriori.
Que cubre
(1) Astronomía
- La esfera celestial, su rotación aparente y su relación con
la rotación de la Tierra.
- La trayectoria anual del Sol alrededor de la eclíptica.
- La ruta diaria del Sol en las diferentes estaciones,
y la consiguiente variación de su capacidad de
calentamiento.
- El principio del reloj de sol, con instrucciones para la construcción
de un modelo en papel.
- Diferentes calendarios -- Juliano, Gregoriano, Metónico y Musulmán.
- La precesión de los equinoccios.
- Variaciones de la distancia Tierra-Sol y la teoría de Milankovich
de las glaciaciones.
- El tamaño y forma de la Tierra, y la controversia de Colón.
- La distancia al horizonte.
- El cálculo por Aristarco de la distancia a la Luna, usando un eclipse
de Luna. También, su estimación de la distancia al Sol, la
causa probable de su teoría heliocéntrica.
- El cálculo por Hiparco de la distancia de la Luna, usando un eclipse
de Sol.
- La noción de paralaje, y su uso en las distancias estimadas a las
estrellas.
- Las teorías del movimiento planetario de Ptolemeo y Copernico.
- Los trabajos de Tycho Brahe y Kepler, y las leyes de Kepler, con ilustraciones
y explicaciones.
- Una sección opcional sobre la forma en que se calculan las órbitas,
incluyendo los elementos orbitales y la ecuación de Kepler.
-
La aberración de la luz estelar y del viento solar, debido
al movimiento terrestre.
- Las colas de polvo e iones de los cometas y sus orientaciones.
(2) Mecánica
- La caída libre y su aceleración g.
- El movimiento de los objetos arrojados.
- Los vectores simples y la forma en que se suman.
- La energía potencial, la cinética y de otros tipos.
- Las leyes del movimiento de Newton, en su forma convencional.
Acción y reacción.
- El concepto de masa y la diferencia entre la masa inercial y la gravitacional.
- Un ejemplo de masa inercial: como se pesan los astronautas, ellos mismos,
en un ámbito de "gravedad cero", abordo de la estación espacial
Skylab, con instrucciones para un experimento de clase realizando observaciones
similares.
- La segunda ley de Newton en la formula de Mach.
- Momento y su conservación.
- El concepto de marco de referencia en movimiento, y su aplicación
al aeroplano de alas en flecha y la acción de la hélice aeronáutica.
- El movimiento circular y la aceleración centrípeta.
- Como Newton mostró la relación entre g y la distancia
y el período de la Luna.
- La 3ª ley de Kepler para las órbitas circulares, en particular
para los satélites terrestres.
- El concepto de las fuerzas de inercia.
- El movimiento circular visto desde el marco de referencia giratorio: fuerzas
centrífugas.
- "Ingravidez" en órbita y su simulación abordo de un aeroplano.
- Las fuerzas de Coriolis abordo de una estación espacial giratoria
y sobre la Tierra girando.
- El centro de gravedad y el principio de la acción del cohete.
- Como Robert Goddard usó un péndulo balístico par medir
la eficiencia de la maquina del cohete y como mejoró en gran medida
esa eficiencia.
- (Secc. 34a) Cálculo aproximado de la distancia del punto Lagrangiano
L1.
- (Secc. 34b) Cálculo aproximado de la localización del punto
Lagrangiano L5.
- (Secc. 35 al final) Colisiones elásticas y aproximaciones entre
las naves espaciales y los planetas (o la Luna). También (secc.
35a) el funcionamiento de la turbina de agua Pelton.
(3) Vuelos espaciales
- Trabajos pioneros de Robert Goddard.
- Las contribuciones de Von Karman, Von Braun, Korolyov y otros.
- El cohete V2 en la 2ª Guerra Mundial, el Sputnik, el Explorer 1, la
carrera espacial.
- Los cohetes de varias etapas.
- Los vuelos tripulados y el problema de la reentrada segura a la atmósfera.
- Tipos de vehículos no tripulados: mirando hacia arriba al
cielo, mirando hacia abajo hacia la Tierra, tomando muestras del entorno
espacial, que sirven a la humanidad y la exploración del espacio
distante y los planetas.
- El cañón de gas ligero como un posible lanzador espacial.
- La propulsión nuclear en el espacio y el proyecto Orión.
- Las velas solares.
- Los cohetes de iones y su estado actual.
- Las órbitas espaciales, --sincrónicas, sincrónicas
con el Sol, puntos Lagrangianos.
- Los encuentros planetarios y su uso en los vuelos a destinos lejanos.
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