entendemos gravedadg
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¿Entendemos la ¿Entendemos la Gravedad?Gravedad?
CONDEZO CONDEZO SOLORZANO GarySOLORZANO Gary
Jorge Zuluaga -2008
“La naturaleza y sus leyes estaban ocultas en la noche, Dios dijo: Hágase Newton!” y todo fue luz.”Alexander Pope, 1688-1744
“Mas no duró: el diablo gritó: ¡Oh! ¡Hágase Einstein! y se re estableció el status quo”
Sir John C. Squire, 1884-1958
Jorge Zuluaga -2008
ContenidoContenido
Los fenómenos gravitacionalesLos fenómenos gravitacionales
Descripción vs. explicación de la Descripción vs. explicación de la
gravedadgravedad
La gravedad del siglo XXILa gravedad del siglo XXI
La gravedad del siglo XVIILa gravedad del siglo XVII
Preguntas alrededor de la educaciónPreguntas alrededor de la educación
ConversatorioConversatorio
Jorge Zuluaga -2008
Los fenómenos Los fenómenos gravitacionalesgravitacionales Los cuerpos caen…Los cuerpos caen…
… … si se los deja libres y quietos se aproximan al pisosi se los deja libres y quietos se aproximan al piso Un cuerpo amarrado a una cuerda y dejado Un cuerpo amarrado a una cuerda y dejado
en libertad, tensa la cuerda …en libertad, tensa la cuerda …… … Los cuerpos más “grandes” (volumen, “masa”) Los cuerpos más “grandes” (volumen, “masa”)
producen mayor tensión (mayor “peso”)producen mayor tensión (mayor “peso”) Sin importar su “tamaño” (masa, volumen) Sin importar su “tamaño” (masa, volumen)
los cuerpos caen en el mismo tiempo …los cuerpos caen en el mismo tiempo …… … lanzados desde alturas iguales y si son lanzados desde alturas iguales y si son
compactos y “poco influenciables” por el airecompactos y “poco influenciables” por el aire Cuando un cuerpo es lanzado Cuando un cuerpo es lanzado
horizontalmente su movimiento se vuelve horizontalmente su movimiento se vuelve curvilíneocurvilíneo
Jorge Zuluaga -2008
Los fenómenos Los fenómenos gravitacionalesgravitacionales La Luna describe una trayectoría cerrada La Luna describe una trayectoría cerrada
alrededor de la Tierra …alrededor de la Tierra …
… … igual sucede con los satélites y los igual sucede con los satélites y los planetasplanetas
Experimentamos un “vacío en el Experimentamos un “vacío en el estómago” cuando caemos libremente … estómago” cuando caemos libremente …
… … Los paracaidistas no sienten ese “vacío”Los paracaidistas no sienten ese “vacío” Los astronautas en el transbordador Los astronautas en el transbordador
espacial “flotan”espacial “flotan” En la superficie de la Luna las cosas son En la superficie de la Luna las cosas son
menos “pesadas”menos “pesadas”
Jorge Zuluaga -2008
Describir vs. ExplicarDescribir vs. Explicar Describir:Describir:
““Representar a alguien o algo por medio del Representar a alguien o algo por medio del lenguaje, refiriendo o explicando sus distintas lenguaje, refiriendo o explicando sus distintas
partes, cualidades o circunstancias” (DRAE, 2008)partes, cualidades o circunstancias” (DRAE, 2008)
– En física, descripción cuantitativaEn física, descripción cuantitativa
– Leyes empíricas de relación entre las partes Leyes empíricas de relación entre las partes cuantificadascuantificadas
– Leyes más fundamentales (Leyes más fundamentales (ab initioab initio) que ) que describen las relaciones las cantidades asociadas describen las relaciones las cantidades asociadas al fenómenoal fenómeno
– Asociada a la pregunta por el ¿cómo?Asociada a la pregunta por el ¿cómo?
– Ejemplo: Ejemplo: N de cada 10 hijos de una pareja son hombresN de cada 10 hijos de una pareja son hombres
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Describir vs. ExplicarDescribir vs. Explicar Explicar:Explicar:
““Llegar a comprender la razón de algo, darse Llegar a comprender la razón de algo, darse cuenta de ello”, “Dar a conocer la causa o cuenta de ello”, “Dar a conocer la causa o
motivo de algo” (DRAE, 2008)motivo de algo” (DRAE, 2008)– Relacionada con el “entendimiento” de las cosasRelacionada con el “entendimiento” de las cosas– Causas fundamentalesCausas fundamentales– Asociada a las preguntas por el ¿Qué? y el ¿Por Asociada a las preguntas por el ¿Qué? y el ¿Por
qué?qué?– Ejemplo:Ejemplo:
El sexo es determinado por la presencia del cromosoma X o El sexo es determinado por la presencia del cromosoma X o Y en el espermatozoide. Si la proporción de Y en el espermatozoide. Si la proporción de
espermatozoides con cromosoma Y es N de cada 10 espermatozoides con cromosoma Y es N de cada 10 entonces la probabilidad de que nazca un varón es N/10.entonces la probabilidad de que nazca un varón es N/10.
Jorge Zuluaga -2008
Descripción de la gravedadDescripción de la gravedad El “peso” de un cuerpo es directamente El “peso” de un cuerpo es directamente
proporcional con su “masa” (empírica):proporcional con su “masa” (empírica):
… … a mayor masa, mayor es la a mayor masa, mayor es la
tensión en una cuerda que lo sostienetensión en una cuerda que lo sostiene Los cuerpos independiente de su “peso” caen con Los cuerpos independiente de su “peso” caen con
una aceleración igual, de 9.8 m/suna aceleración igual, de 9.8 m/s22 (35 km/h/s) … (35 km/h/s) …
… … al nivel del mar en la Tierraal nivel del mar en la Tierra La aceleración de caída disminuye con la altura … La aceleración de caída disminuye con la altura …
… … razón inversa al cuadrado de la distancia al razón inversa al cuadrado de la distancia al
centro de la Tierracentro de la Tierra La aceleración de caída es menor cerca de la La aceleración de caída es menor cerca de la
LunaLuna
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Descripción de la gravedadDescripción de la gravedad Cuando un cuerpo es lanzado Cuando un cuerpo es lanzado
“horizontal/” con suficiente velocidad “horizontal/” con suficiente velocidad … …
… … lejos de la Tierra, describe una trayectoría lejos de la Tierra, describe una trayectoría “cónica” alrededor del centro del planeta“cónica” alrededor del centro del planeta
– Muy cerca de la Tierra la trayectoría es Muy cerca de la Tierra la trayectoría es aproximadamente una parábolaaproximadamente una parábola
– Muy lejos de la Tierra (satélites) la Muy lejos de la Tierra (satélites) la trayectoría puede ser una elipse trayectoría puede ser una elipse (cerrada) o una hipérbola (abierta)(cerrada) o una hipérbola (abierta)
Jorge Zuluaga -2008
Explicación de la GravedadExplicación de la Gravedad La primera explicación de la gravedad La primera explicación de la gravedad
“supuestamente” fue dada por “supuestamente” fue dada por Isaac Newton, 1687Isaac Newton, 1687
La teoría de Newton no buscaba explicar la gravedad La teoría de Newton no buscaba explicar la gravedad sino describirla…sino describirla…““Hypotheses non fingo”, Escolio General, Tercera Edición de los Hypotheses non fingo”, Escolio General, Tercera Edición de los
PrincipiaPrincipia
““I have not as yet been able to discover the reason for I have not as yet been able to discover the reason for these properties of gravity from phenomena, and I these properties of gravity from phenomena, and I
do not feign hypotheses. For whatever is not do not feign hypotheses. For whatever is not deduced from the phenomena must be called a deduced from the phenomena must be called a
hypothesis; and hypotheses, whether metaphysical hypothesis; and hypotheses, whether metaphysical or physical, or based on occult qualities, or or physical, or based on occult qualities, or mechanical, have no place in experimental mechanical, have no place in experimental
philosophy. In this philosophy particular propositions philosophy. In this philosophy particular propositions are inferred from the phenomena, and afterwards are inferred from the phenomena, and afterwards
rendered general by inductionrendered general by induction.. “ “
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Explicación de la GravedadExplicación de la Gravedad Solo hasta 1916 se construyo una Solo hasta 1916 se construyo una
teoría “verdaderamente” explicativa teoría “verdaderamente” explicativa de la gravedadde la gravedad
Teoría General de la Teoría General de la RelatividadRelatividad
A. EinsteinA. Einstein
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La gravedad del siglo XXILa gravedad del siglo XXI Concepto central: el “lugar” de las cosasConcepto central: el “lugar” de las cosas La “posición” de cualquier cuerpo en el La “posición” de cualquier cuerpo en el
Universo: 4 números,Universo: 4 números,… … Su lugar respecto a los demás cuerpos Su lugar respecto a los demás cuerpos (coordenadas espaciales) y su lugar en el (coordenadas espaciales) y su lugar en el
tiempo (coordenada temporal)tiempo (coordenada temporal) Un cuerpo que no cambia de lugar en el Un cuerpo que no cambia de lugar en el
espacio puede moverse en el tiempo… espacio puede moverse en el tiempo… … … cambia su coordenada temporalcambia su coordenada temporal
Las coordenadas que asignamos a los Las coordenadas que asignamos a los cuerpos dependen de quién lo haga: son cuerpos dependen de quién lo haga: son relativasrelativas
Jorge Zuluaga -2008
La gravedad del siglo XXILa gravedad del siglo XXI Su valor, orden y magnitud Su valor, orden y magnitud
pueden cambiarpueden cambiar– Para el observador A el árbol tiene Para el observador A el árbol tiene
una coordenada X negativa, para el una coordenada X negativa, para el B es positivaB es positiva
– Para el observador A y B la Para el observador A y B la coordenada Y es 0 para el C es coordenada Y es 0 para el C es negativanegativa
– Para el observador 1 y 2 el rayo Para el observador 1 y 2 el rayo cae en los dos árboles al mismo cae en los dos árboles al mismo tiempo, para el observador 3 el tiempo, para el observador 3 el rayo cae primero en el árbol de la rayo cae primero en el árbol de la derechaderecha
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La gravedad del siglo XXILa gravedad del siglo XXI Donde hay coordenadas: hay una Donde hay coordenadas: hay una
métrica…métrica…… … Una regla para medir la distancia entre Una regla para medir la distancia entre
puntos usando los valores de las coordenadaspuntos usando los valores de las coordenadas La métrica determina las propiedades La métrica determina las propiedades
del espaciodel espacio
… … En una hoja de papel la métrica es la En una hoja de papel la métrica es la Métrica EuclidianaMétrica Euclidiana
… … Sobre una superficie esférica Sobre una superficie esférica
la métrica es la de Riemannla métrica es la de Riemann
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La gravedad del siglo XXILa gravedad del siglo XXI La métrica determina algunas propiedades La métrica determina algunas propiedades
interesantes del espacio:interesantes del espacio:– Las líneas paralelas no se cortan en un espacio Las líneas paralelas no se cortan en un espacio
con métrica euclidiancon métrica euclidian– Las líneas paralelas se cortan en una métrica Las líneas paralelas se cortan en una métrica
de Riemannde Riemann– Los ángulos interiores de un triángulo suman Los ángulos interiores de un triángulo suman
180 grados en la métrica Euclidiana y distinto 180 grados en la métrica Euclidiana y distinto en otrasen otras
– El camino más corto (recta) entre dos puntos El camino más corto (recta) entre dos puntos del espacio esta determinado por la métricadel espacio esta determinado por la métrica
– En el espacio euclidiano el camino más corto En el espacio euclidiano el camino más corto es una “recta” en todas las dimensioneses una “recta” en todas las dimensiones
– En el espacio no euclidiano el camino más En el espacio no euclidiano el camino más corto en otras dimensiones (proyección) puede corto en otras dimensiones (proyección) puede no ser una rectano ser una recta
Jorge Zuluaga -2008
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La gravedad del siglo XXILa gravedad del siglo XXI
La gravedad es una La gravedad es una distorsión de la distorsión de la geometría del espacio-tiempogeometría del espacio-tiempo
En el espacio vacío la geometría es En el espacio vacío la geometría es “plana”“plana”
Cerca de la Tierra la geometría “no es Cerca de la Tierra la geometría “no es plana”plana”
Jorge Zuluaga -2008
La gravedad del siglo XXILa gravedad del siglo XXI El movimiento de los cuerpos “dejados en El movimiento de los cuerpos “dejados en
libertad” (sin interacción con otros cuerpos) libertad” (sin interacción con otros cuerpos) se hace siempre en una “recta”se hace siempre en una “recta”
En el espacio-tiempo vacío las rectas son En el espacio-tiempo vacío las rectas son rectas rectas
En el espacio-tiempo alrededor de la Tierra En el espacio-tiempo alrededor de la Tierra las “rectas” se ven diferentes:las “rectas” se ven diferentes:– Un cuerpo que esta quieto parece acelerarse Un cuerpo que esta quieto parece acelerarse
hacia la Tierra hacia la Tierra – Un cuerpo que se mueve horizontalmente se Un cuerpo que se mueve horizontalmente se
curva hacia la Tierra (en el espacio)curva hacia la Tierra (en el espacio)– Un cuerpo que orbita a la Tierra se curva Un cuerpo que orbita a la Tierra se curva
tambiéntambién– El grado de curvatura en el espacio-tiempo en El grado de curvatura en el espacio-tiempo en
ambos casos es igualambos casos es igual
Jorge Zuluaga -2008
La gravedad del siglo XXILa gravedad del siglo XXI Al interactuar con otros cuerpos el Al interactuar con otros cuerpos el
camino cambia … camino cambia …
… … si el camino cambia es porque si el camino cambia es porque interactuaron con otros cuerposinteractuaron con otros cuerpos
Jorge Zuluaga -2008
La gravedad del siglo XXILa gravedad del siglo XXI Por qué los cuerpos “pesan”…Por qué los cuerpos “pesan”…
… … un cuerpo quieto no sigue una “recta” en el un cuerpo quieto no sigue una “recta” en el espacio-tiempo lo que es un indicativo de que espacio-tiempo lo que es un indicativo de que
están interactuandoestán interactuando Precisamente de allí viene la tensión de la cuerdaPrecisamente de allí viene la tensión de la cuerda ¿Por qué los cuerpos grandes tienden a pesar ¿Por qué los cuerpos grandes tienden a pesar
más?... más?...
… … Porque son más inertes y para ponerlos en otra Porque son más inertes y para ponerlos en otra trayectoria cuesta más trabajotrayectoria cuesta más trabajo
Por qué los astronautas flotan: porque tanto el Por qué los astronautas flotan: porque tanto el transbordador como el astronauta se mueven en transbordador como el astronauta se mueven en el mismo caminoel mismo camino
Los cuerpos caen al mismo tiempo porque siguen Los cuerpos caen al mismo tiempo porque siguen la misma geodésica en el espacio tiempola misma geodésica en el espacio tiempo
Jorge Zuluaga -2008
La gravedad del siglo XVIILa gravedad del siglo XVII La gravedad “es” una “fuerza” que actua a La gravedad “es” una “fuerza” que actua a
distancia y en el vacíodistancia y en el vacío La fuerza aumenta con la “masa” y disminuye La fuerza aumenta con la “masa” y disminuye
con el inverso del cuadrado de la distanciacon el inverso del cuadrado de la distancia Los cuerpos caen porque son “atraídos” hacia Los cuerpos caen porque son “atraídos” hacia
la Tierrala Tierra Un cuerpo en reposo es un cuerpo en el que Un cuerpo en reposo es un cuerpo en el que
la fuerza de gravedad y la fuerza de tensión la fuerza de gravedad y la fuerza de tensión se equilibranse equilibran
Los cuerpos caen al mismo tiempo porque la Los cuerpos caen al mismo tiempo porque la fuerza con la que son atraídos es proporcional fuerza con la que son atraídos es proporcional a la masa pero su aceleración es a la masa pero su aceleración es inversamente proporcional a la “misma inversamente proporcional a la “misma masa”masa”
Jorge Zuluaga -2008
Preguntas alrededor de la Preguntas alrededor de la EducaciónEducación ¿Qué estamos enseñando en la ¿Qué estamos enseñando en la
Escuela Básica?Escuela Básica? ¿Tienen los niños un conocimiento a ¿Tienen los niños un conocimiento a
priori sobre el mundo e intuyen la priori sobre el mundo e intuyen la idea de una fuerza de gravedad?idea de una fuerza de gravedad?
¿Es la idea de una fuerza de ¿Es la idea de una fuerza de gravedad “FALSA”?gravedad “FALSA”?
¿Qué debemos enseñar: ¿Qué debemos enseñar: descripciones o explicaciones?descripciones o explicaciones?
¿Es enseñable/aprendible la nueva ¿Es enseñable/aprendible la nueva gravedad?gravedad?
Jorge Zuluaga -2008
Preguntas alrededor de la Preguntas alrededor de la EducaciónEducación ¿Qué elementos cognitivos, ¿Qué elementos cognitivos,
conocimiento necesita un niño para conocimiento necesita un niño para aprender la nueva gravedad?aprender la nueva gravedad?
¿Cuál es la edad adecuada para ¿Cuál es la edad adecuada para enseñar la nueva gravedad?enseñar la nueva gravedad?
¿Debemos enseñar primero la ¿Debemos enseñar primero la gravedad del siglo XVII y después la gravedad del siglo XVII y después la gravedad del siglo XXI?gravedad del siglo XXI?
¿Por qué no enseñamos la teoría ¿Por qué no enseñamos la teoría geocéntrica antes de la teoría geocéntrica antes de la teoría heliocéntrica?heliocéntrica?
Jorge Zuluaga -2008
El proyectoEl proyecto Diseñar una unidad didáctica para enseñar la Diseñar una unidad didáctica para enseñar la
nueva gravedadnueva gravedad– Diseñar estrategías didácticas específicas para Diseñar estrategías didácticas específicas para
enseñar la nueva gravedadenseñar la nueva gravedad– Preparar un texto donde se describa y explique la Preparar un texto donde se describa y explique la
gravedad en el nuevo paradigmagravedad en el nuevo paradigma Diseñar instrumentos de sondeo para “sensar” Diseñar instrumentos de sondeo para “sensar”
la manera como se entiende la gravedadla manera como se entiende la gravedad Formar un grupo de profesores capaces de Formar un grupo de profesores capaces de
enseñar la nueva gravedadenseñar la nueva gravedad Ofrecer espacios de reflexión y discusión sobre Ofrecer espacios de reflexión y discusión sobre
la enseñanza de nuevos paradigmas científicosla enseñanza de nuevos paradigmas científicos