SÍLABO 2005-2

SÍLABO 2005-2
PROGRAMA DE ESTUDIOS GENERALES
DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE CIENCIAS Y HUMANIDADES
CURSO
COSMOLOGÍA
ÁREA
CÓDIGO
NIVEL
CARÁCTER
REQUISITOS
CRÉDITOS
HORAS DE TEORÍA
HORAS DE PRÁCTICA
PROFESORES
HUMANIDADES
6088
SEGUNDO
OBLIGATORIO COMÚN
NINGUNO
TRES (3)
TRES (3)
NINGUNA
I.
SUMILLA
Desde las primeras décadas del siglo XX la astrofísica está interesada en explicar el fenómeno
del alejamiento de las galaxias y la expansión del universo. En función de este fenómeno se
plantean hipótesis, teorías y modelos sobre su posible génesis y evolución. Estos estudios
reciben el nombre de cosmología. Nuestro curso ofrece una introducción sistemática a esta
concepción científica del universo. Se ven, entre otros, los siguientes temas: la explosión
original; la formación de partículas a partir de la radiación inicial; las características de las
cuatro fuerzas o interacciones; la formación de átomos y materia molecular y su evolución en
términos de galaxias y estrellas; finalmente la aparición de la vida y su evolución en nuestro
planeta.
II.
OBJETIVOS GENERALES
1
Analizar los principales modelos astronómicos/astrofísicos desde los griegos hasta la
teoría de la relatividad.
2
Establecer la relación entre las partículas y las cuatro fuerzas o interacciones para
entender la estructura básica del universo, revisando con este motivo las nociones
fundamentales de la química.
3
Explicar científicamente el origen del universo así como su eventual término.
4.
Describir las principales características de las galaxias, de las estrellas y de nuestro
sistema solar.
5.
Interpretar en términos físico-químicos el origen y evolución de la vida.
III.
OBJETIVOS DE APRENDIZAJE
Se detallan en cada semana.
IV.
PROGRAMA ANALÍTICO
PRIMERA SEMANA
Introducción. Movimientos celestes.
Constelaciones. Movimiento de las estrellas. Movimientos del sol (diario, estacional). Las
estaciones. Equinoccios y solsticios. Posiciones de la luna. Eclipses. Movimiento retrógrado
planetario. Paralaje estelar.
Objetivos de aprendizaje:
1. Describir los movimientos diarios del sol y estrellas (luna) relativos al horizonte.
2. Describir las posiciones estacionales del sol (salida, mediodía y puesta) relativas al
horizonte.
3. Describir los movimientos de los planetas relativos a las estrellas enfatizando los
movimientos retrógrados.
4. Decir qué eventos o ciclos astronómicos establecen los siguientes intervalos: día, mes,
año.
5. Describir las fases de la luna en términos de la posición de la luna en el cielo relativa al
sol.
6. Describir en qué consiste el paralaje estelar.
LECTURA:
BRAUN, Ricardo. “Cosmos y Ciencia”. En: Cosmología. Texto del Programa de Estudios
Generales. Universidad de Lima. 2000.
REGAL, Bernardo. “Notas sobre astronomía antigua” En Cosmología. Texto del Programa de
Estudios Generales. Universidad de Lima. 2000.
SEGUNDA SEMANA
Modelos científicos. Modelo de Aristóteles. Movimientos naturales y movimientos forzados.
Modelo de Ptolomeo. Deferentes y epiciclos. Excéntricas. Paralaje estelar (Aristarco de
Samos).
Objetivos de aprendizaje:
1. Describir los aspectos esenciales de un modelo científico y evaluar los modelos
cosmológicos en el contexto de la construcción de modelos científicos..
2. Citar al menos dos aportes de los babilonios a la astronomía.
3. Describir la base física del modelo aristotélico del cosmos y decir cómo influenció su
imagen del cosmos (la física de Aristóteles).
4. Establecer las suposiciones y base física del modelo ptolemaico del cosmos (la física de
Aristóteles).
5. Esquematizar el modelo ptolemaico básico considerando las posiciones y los
movimientos [si los hubiere] del sol, (Venus) y Marte mostrando cómo el epiciclo y el
deferente explicaban el movimiento retrógrado y la excéntrica explicaba la variación de
las velocidades planetarias.
6. Explicar cómo las concepciones geométricas y estéticas influenciaron la concepción
griega del cosmos.
7. Describir las diferencias entre modelos heliocéntricos y geocéntricos con respecto al
paralaje estelar anual.
LECTURA:
CEBRECOS, Fermín. “Breve historia de la ciencia cosmológica. Los modelos cosmológicos
más representativos desde Aristóteles a Newton”. En: Cosmología. Texto del Programa de
Estudios Generales. Universidad de Lima. 2000.
TERCERA SEMANA
Modelos heliocéntricos I: Copérnico, Kepler. Los aportes de Tycho Brahe
Objetivos de aprendizaje:
1. De qué forma el modelo de Copérnico explicaba los principales movimientos del cielo,
en particular, usar un diagrama simple para explicar el movimiento retrógrado.
2. Esquematizar como el modelo copernicano daba cuenta los períodos y distancias
relativas de los planetas al sol.
3. Evaluar las fortalezas y debilidades del modelo copernicano frente al ptolemaico.
4. Describir las propiedades de la elipse y cómo se aplican a las órbitas planetarias.
5. Explicar la importancia de los datos en la construcción de modelos científicos (Tycho
Brahe)
6. Explicar las tres leyes de movimiento de Kepler y aplicarlas de manera apropiada a
situaciones astronómicas.
LECTURA:
CEBRECOS, Fermín. Op.Cit.
CUARTA SEMANA
Modelos heliocéntricos II: Los aportes de Galileo. Modelo de Newton. Leyes de movimiento de
Newton. Gravitación universal.
Objetivos de aprendizaje:
1. Describir los descubrimientos telescópicos de Galileo y su impacto en la controversia
sobre los modelos copernicano y ptolemaico – (argumentos en contra de las
concepciones aristotélicas)
2. Galileo y la caída de los cuerpos. Movimiento inercial. Movimiento parabólico
3. Describir la diferencia entre rapidez y velocidad y entre movimientos acelerados y no
acelerados. Dar ejemplos terrestres y astronómicos de ellos.
4. Comparar las ideas del movimiento natural de Aristóteles con las de Galileo.
5. Citar las tres leyes de movimiento de Newton, describirlas en términos simples, proveer
ejemplos concretos y aplicarlas a casos simples.
6. Describir la ley de gravitación de Newton en términos simples y aplicar la ley en un
contexto astronómico.
7. Contrastar el modelo cosmológico de Newton con el de Copérnico y el de Kepler.
LECTURA:
CEBRECOS, Fermín. Op. Cit.
ABUGATTÁS, Juan. “Del universo estático al universo dinámico” En: Cosmología. Texto
Programa de Estudios Generales. Universidad de Lima. 2000.
QUINTA SEMANA
Energía y electromagnetismo.
Ondas electromagnéticas. Cuantización de la energía. Tipos de energía. Conservación de la
energía.
Objetivos de aprendizaje:
1. Describir cómo se relacionan longitud de onda, frecuencia y energía.
2. Explicar qué es la cuantización, constante de Planck.
3. Describir brevemente el espectro electromagnético indicando ejemplos de las partes
principales.
4. Describir el concepto de la conservación de la energía
5. Explicar en qué consiste la energía potencial y la energía cinética.
6. Explicar la diferencia entre calor y temperatura
LECTURA:
ABUGATTÁS, Juan. Op.Cit.
SEXTA SEMANA
Átomos y moléculas. Tabla periódica. La radioactividad.
Objetivos de aprendizaje:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Explicar la diferencia entre una mezcla y una combinación.
Explicar la diferencia entre un átomo y una molécula
Definir qué es enlace químico.
Definir qué es el número de masa y qué es el número atómico.
Explicar qué son los isótopos de un elemento químico.
Explicar qué es la tabla periódica de los elementos y cómo está ordenada.
Explicar qué es la radioactividad -radiaciones alfa, beta y gamma-.
LECTURA:
QUINO, Javier. “Origen de la vida”.
Generales. Universidad de Lima. 2000.
ABUGATTÁS, Juan. Op.Cit.
En: Cosmología. Texto del Programa de Estudios
SÉPTIMA SEMANA
Modelos contemporáneos: Teoría “especial” de la relatividad.
Modelos contemporáneos: Teoría “general” de la relatividad.
Objetivos de de aprendizaje:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Explicar en qué consistió el experimento de Michelson y Morley
Explicar qué significa que la velocidad de la luz es absoluta
Describir en qué consiste la dilatación del tiempo
Describir en qué consiste la contracción del espacio
Explicar qué se entiende por equivalencia entre masa y energía
Describir en qué consiste el concepto de espaciotiempo
Explicar por qué se habla de masa en reposo para aludir a la masa de un cuerpo.
Explicar en qué consiste en principio de equivalencia.
Describir el concepto Einsteniano de gravedad y poder diferenciarlo del concepto
Newtoniano.
LECTURA:
BARRIGA, César. “La Teoría de la Relatividad” En: Cosmología. Texto del Programa de
Estudios Generales. Universidad de Lima 2000.
OCTAVA SEMANA
EXÁMENES PARCIALES
NOVENA SEMANA
Fuerzas y partículas.
Las cuatro fuerzas. Partículas elementales. Fisión y fusión nuclear.
Objetivos de aprendizaje:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Describir cuáles son las partículas elementales según el modelo Standard.
Describir las propiedades de la fuerza nuclear fuerte.
Describir las propiedades de la fuerza nuclear débil
Explicar en qué consiste la fisión y fusión nucleares.
Explicar qué fuerzas intervienen en la constitución de un átomo
Explicar qué se entiende por separación de fuerzas.
LECTURA:
ABUGATTÁS, Juan. Op. Cit.
DÉCIMA SEMANA
El modelo del Big-Bang (I)
Las tres hipótesis del postulado cosmológico. El efecto Doppler. La ley de Hubble y la
expansión del universo.
Objetivos de aprendizaje:
1. Establecer las suposiciones básicas de la cosmología científica acerca del universo
físico.
2. Explicar apropiadamente en qué consiste el efecto Doppler.
3. Elaborar un gráfico de la ley de Hubble indicando qué observaciones son necesarias
para hacerlo.
4. Interpretar la ley de Hubble como una consecuencia de la expansión uniforme del
universo.
5. Relacionar la forma del universo con la cantidad de materia y energía.
LECTURA:
ABUGATTÁS, Juan. “Del universo estático al...”(Op. Cit.)
UNDÉCIMA SEMANA
El modelo del Big-Bang (II)
La formación de la materia. La forma del universo. La densidad crítica. La materia oscura. Los
posibles fines del universo.
Objetivos de aprendizaje:
1. Explicar en qué consiste la “densidad crítica” y cómo se relaciona con los posibles fines
del universo.
2. Especificar el problema de la “materia oscura en la cosmología”
3. Describir brevemente el modelo del Big-Bang concentrándose en sus suposiciones y su
habilidad para explicar las observaciones cosmológicas.
4. Describir brevemente las propiedades de la radiación cósmica de fondo.
5. Presentar al menos un argumento que le asigne un origen cósmico a la radiación del
fondo cósmico y explicar por qué es una consecuencia natural del modelo del Big-Bang
6. Discutir la importancia y el impacto de la radiación del fondo cósmico para el modelo del
Big-Bang.
7. Describir la base física para la producción de partículas en el universo cuando este se
hallaba a alta temperatura.
LECTURA:
ABUGATTÁS, Juan. “Del universo estático al...”(Op. Cit.)
DIAZ-ALBERTINI, Javier. “Galaxias y estrellas”. En: Cosmología. Texto del Programa de
Estudios Generales. Universidad de Lima. 2000.
DUODÉCIMA SEMANA
Galaxias y estrellas
Formación de galaxias. Morfología básica de las galaxias. Formación y evolución de las
estrellas.
Objetivos de aprendizaje:
1. Describir brevemente la condición necesaria para la formación de una galaxia.
2. Explicar en qué consiste la conservación del momento angular y como aplica a la
formación de las galaxias.
3. Explicar los procesos que participan en la formación de una galaxia.
4. Describir las morfologías básicas de las galaxias.
5. Explicar cómo nace una estrella.
6. Explicar el papel de la masa en la duración una estrella.
7. Describir los fines de una estrella en función de su masa.
8. Explicar el final de una estrella con la masa del sol.
9. Explicar brevemente qué es un agujero negro.
LECTURA:
DÍAZ-ALBERTINI, Javier. “Galaxias y estrellas” (Op. Cit.)
DECIMOTERCERA SEMANA
Origen de la Vida
La química del carbono. Los componentes de la vida. El flujo de información genética. Las
mutaciones. El debate acerca de la formación de la vida en la tierra.
Objetivos de aprendizaje:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Explicar brevemente en qué consiste la vida.
Explicar las características del átomo de carbono.
Enumerar los principales polímeros que se encuentran en los seres vivientes.
Explicar cuál es la función del ADN y dónde se encuentra.
Explicar cuál es la función del ARN y dónde se encuentra.
En qué consiste el flujo de información genética.
Explicar qué son las mutaciones.
8. Explicar el debate acerca de la formación de la vida en la tierra (origen local de la vida
versus llegada de material orgánico).
LECTURA:
QUINO, Javier. “Origen de la vida” (Op. Cit.)
DECIMOCUARTA SEMANA
Evolución de la vida en nuestro planeta.
Objetivos de aprendizaje:
1. Explicar qué se entiende por evolución biológica.
2. Discutir la importancia de la selección natural como uno de los mecanismos por los
cuáles se produce la evolución.
3. Discutir la importancia de los factores cósmicos que pueden afectar la evolución.
4. Identificar las concepciones erradas más frecuentes cuando se habla de la evolución
biológica.
LECTURA:
CARDICH, Eric. “Fundamentos sobre la Teoría de la Evolución” En: Cosmología. Texto del
Programa de Estudios Generales. Universidad de Lima. 2000.
DECIMOQUINTA SEMANA
Revisión del curso e integración de los contenidos.
DECIMOSEXTA SEMANA
EXÁMENES FINALES
V.
METODOLOGÍA
Es un curso de información general (o de divulgación en un nivel universitario), a cargo de un
equipo interdisciplinario de profesores. Ofrece información actualizada de los modelos físicoquímicos sobre el Universo en un lenguaje amplio, adaptado a los estudiantes de cualquier
especialidad. Recurre sistemáticamente a la historia de la ciencia y -en la línea de la
comunicación con públicos heterogéneos, cultivada por grandes científicos, como Albert
Einstein y Stephen Hawking- fomenta el análisis y la reflexión racional más que las
demostraciones matemáticas de los especialistas. Cuenta con material audiovisual
convencional y programas de astronomía virtual. El material de lectura “COSMOLOGÍA” ha
sido escrito por el equipo de profesores para abordar los principales temas del Syllabus y
unificar los criterios de evaluación y calificación.
En conexión con el curso funciona en Estudios Generales el Círculo de Astronomía de la
Universidad de Lima. El círculo está abierto a las y los estudiantes, profesoras y profesores de
todas las Facultades. Se organiza reuniones semanales y excursiones fuera de la ciudad para
la observación astronómica. Desde fines de 1998 se dispone de un telescopio “Celestron C11” [Schmidt-Cassegrain, 28 cms. de apertura, distancia focal 2794 mm (f/10)], una cámara
CCD SBIG-STV de alta sensibilidad y un sistema computarizado Losmandy-Gemini para el
control automatizado del telescopio.
La experiencia pedagógica del curso y de su metodología, a partir de sus inicios en agosto de
1980, está relatada en el artículo “Aprendiendo a pensar científicamente”, en: “PLURAL”,
Revista del Programa Académico de Estudios Generales, Universidad de Lima, num.2,
enero/junio 1996, p. 33-52.
Para consulta sobre los temas del curso se proponen, además de los libros a nuestro alcance
en la Biblioteca de la Universidad, diferentes portales de Internet, tanto en inglés como en
castellano.
VI.
SISTEMA DE EVALUACIÓN
Se observan las normas vigentes en Estudios Generales. Las preguntas de los exámenes son
comunes a todas las secciones y versarán sobre lo expuesto por el profesor en las clases
así como los contenidos del material obligatorio de lectura. En la evaluación se enfatizará
la comprensión y el razonamiento más que el conocimiento puntual o lo que puede ser
fácilmente evaluado.
La tarea académica es organizada independientemente por cada profesor, optando por
cualquiera de las modalidades indicadas en el Reglamento General de Estudios. Los objetivos
de aprendizaje se indican para cada semana y de acuerdo a estos objetivos se formularán las
preguntas de las evaluaciones.
Examen Parcial:
Tarea Académica:
Examen Final:
Peso 3
Peso 3
Peso 4
VII. BIBLIOGRAFÍA OBLIGATORIA
Cosmología. Material de lectura del Programa de Estudios Generales. Lima. Universidad de
Lima. 2000.
VIII. BIBLIOGRAFÍA GENERAL
ASIMOV, Isaac. Nueva guía de la ciencia. Barcelona. Plaza-Janes. 1998. (500/A81/1998)
DAVIES, Paul. El universo desbocado. Del big-bang a la catástrofe final”. Barcelona. Salvat.
1985. (523.1/D32)
DURHAM, Frank; Robert D. PURRINGTON La trama del universo; historia de la
cosmología física. México DF., Fondo de Cultura Económica, 1989. (113/D98)
EINSTEIN, Albert; Leopold INFELD. La física, aventura del pensamiento; el desarrollo de
las ideas desde los primeros conceptos hasta la relatividad y los cuantos. Buenos
Aires. Losada. 1980. (530/E335)
FERRIS, Thimoty. La aventura del universo. De Aristóteles a la teoría de los cuantos: Una
historia sin fin. Barcelona. Grijalbo. 1997 (509/F39)
FEYNMAN, Richard P. y otros. Física. Delaware. Addison Wesley. 1987. 3 t. (530/F44/1987)
HAWKING, Stephen W. Historia del tiempo, del big bang a los agujeros negros. Barcelona.
Crítica. 2002 (523.12/H27/2002)
HOYLE, Fred. Iniciación a la astronomía. Madrid. Gaez. 1984. (520/H81)
HULL, L.W.H. Historia y filosofía de la ciencia. Barcelona. Ariel. 1961. (509/H92)
MOOK, Delo E.; Thomas VARGISH. La relatividad; espacio, tiempo y movimiento. México.
McGraw Hill de divulgación científica. 1992. (530.11/M776)
RONAN, Colin A. Los amantes de la astronomía. Barcelona, Blume, 1982. (E/520/R82)
ROTH, Gunther D. Guía de las estrellas y de los planetas, su conocimiento e
identificación. Barcelona, Omega, 1979. (522/R85)
SAGAN, Carl. Cosmos. Barcelona. Planeta. 1986. (E/523.1/S16/1986)
SAGAN, Carl. El mundo y sus demonios; la ciencia como una luz en la oscuridad.
Barcelona. Editorial Planeta. 2000. (001.9/S16)
PRINCIPALES PÁGINAS DE INTERNET:
La aventura de las partículas subatómicas (Las cuatro fuerzas).
http://particleadventure.org/particleadventure/spanish/index.html
(Consulta: 15 de julio de 2005)
Portal del Telescopio Espacial Hubble
En inglés (oficial): http://hubblesite.org/ (Consulta: 15 de julio de 2005)
En castellano (traducción libre): http://infoastro.com/hubble/ (Consulta: 15 de julio de 2005)
La conquista del espacio
http://www.conquistadelespacio.net (Consulta: 15 de julio de 2005)
Albert Einstein online
http://www.westegg.com/einstein (Consulta: 15 de julio de 2005)
Espacio y tiempo. (Lecciones basadas en las teorías de S.Hawking)
http://www.hartwick.edu/physics/spacetime.html (Consulta: 15 de julio de 2005)
Instituto Geofísico del Perú.
http://www.igp.gob.pe (Consulta: 15 de julio de 2005)
Encuentro Científico Internacional (información sobre los proyectos peruanos)
www.eciperu.org/ (Consulta: 15 de julio de 2005)
Página del Skymaps.com (para los interesados en conocer el cielo de noche, es posible
gratuitamente descargar mapas del cielo sur para cada mes del año)
http://www.skymaps.com/downloads.html (Consulta: 15 de julio de 2005)
INSTITUTO ASTROFISICO DE CANARIAS (y Observatorio Norte Europeo).
www.iac.es (Consulta: 15 de julio de 2005)
Bad Astronomy web page (conceptos errados en astronomía, en inglés)
http://www.badastronomy.com/ (Consulta: 15 de julio de 2005)
Agosto, 2005