Descubre COSAS QUE GIRAN En este camino verás muchos objetos girando. La Tierra rota bajo nuestros pies, así como muchos otros objetos conocidos como las ruedas. ¿Qué otros ejemplos puedes dar? Cómo Usar esta Guía Piensa ● ¿En qué se diferencia girar de moverse en línea recta? ● ¿Puedes encontrar el eje, la parte que no gira? ● La forma de un objeto, ¿cómo afecta el modo en que gira? Camino 1 ESFERA TURBULENTA ■ 2 AGUA QUE GIRA ■ 3 FUENTE DE CORIOLIS ■ • ¿Qué dirección crees que el agua tomará cuando gires la fuente? • Prueba. ¿Sorprendido? • ¿Por qué crees que el agua se curva? • Gira la perilla más rápido y luego más lento. ¿Qué les pasa a las curvas? 5 Tornado ■ • ¿Qué es lo que está girando? • ¿Cómo describirías el movimiento de algo que gira pero que no es sólido? • ¿Dónde más encuentras vórtices fluidos que giran? 6 SIMULADOR DE ■ ÓRBITA SATELITAL 4 MESA GIRATORIA ■ • ¿Cuántas cosas diferentes se están moviendo? • ¿Cómo se ve una línea recta sobre un objeto giratorio? • Los objetos cerca del centro, ¿se mueven de manera distinta que aquellos cerca del margen? • ¿Cómo describirías el movimiento de los diferentes objetos que observas? 7 MÁQUINA DE MOMENTO ■ • ¿Qué sucede si mientras giras extiendes tu brazo? • ¿Qué pasa si extiendes el brazo y una pierna? • ¿Puedes girar más rápido o más lento sin bajar de la plataforma? 8 PÉNDULO ROTANTE ■ Visita los ANILLOS DE Nube en la Rotonda del Segundo piso. Explora este laboratorio de actividades manuales y disfruta experimentando con las muestras. En el proceso, descrubrirás algunas de las fuerzas y principios en la naturaleza que dan forma a nuestras vidas y mundo a nuestro derredor. Hemos ideado cinco diferentes caminos que, junto a actividades y preguntas, te guiarán en tu visita a través de la exhibición. Los caminos son: Fluidos en Movimiento, Cosas que Giran, Puedes Creer lo que Ves, Cambia una Cosa, y Jugando con Péndulos. O simplemente ve donde tu curiosidad te lleve. No seas tímido—¡entra! Asegúrate de continuar tus investigaciones en el resto del Museo, especialmente en el Cullman Hall del Universo y el Gottesman Hall del Planeta Tierra. ¿Qué está pasando? Rotación es un movimiento circular. Como en el movimiento linear, en el cual los objetos puestos en movimiento continúan en movimiento hasta que una nueva fuerza actúe sobre ellos, los objetos puestos a girar continúan girando hasta que una torsión actúa sobre ellos. Sin embargo, la cantidad de “giro,” o momento angular, depende tanto de la masa y ancho como de la velocidad de rotación de los objetos. Un objeto más ancho rotará más lento con la misma cantidad de momento angular. Es por ello que un patinador al girar extiende sus brazos para disminuir su velocidad. Las leyes físicas que describen la rotación nos permiten comprender el mundo alrededor nuestro. La rotación de la Tierra alrededor de su eje nos da el día y la noche. Dando vueltas con su eje inclinado alrededor del Sol, la Tierra nos da las estaciones. El Sol mismo es una de billones de estrellas girando alrededor del centro imaginario de nuestra galaxia, la Vía Láctea. FLUIDOS EN MOVIMiENTO Este camino te introduce a las muestras que exploran cómo se mueven líquidos, gases, e incluso sólidos granulares. Algunos se mueven de manera regular, como el flujo suave de un río o el aceite sobre una sartén. Otros se mueven de modo impredecible y caótico, como la corriente de un río cuando sobrepasa sus márgenes o el aire y nubes en la atmósfera en un día tormentoso. Al explorar estas actividades, observa los patrones en el movimiento. Piensa ? Cuál es la diferencia entre un sólido, un líquido, y un gas? Un SÓLIDO, como una roca, tiene forma y volumen definidos. La forma y el volumen se mantienen igual, sin importar lo que lo rodea. Un LIQUIDO no tiene forma definida pero sí un volumen definido. Puedes vertir leche desde su cartón a un vaso. El volumen de leche se mantiene igual pero la leche adopta la forma del recipiente que la contiene. Un GAS no tiene forma ni volumen definidos. Cuando el gas de un globo es liberado, se expande en todas direcciones. ● ¿Qué es lo que se mueve? ● ¿Un sólido, un líquido, o un gas? ● ¿Cómo se mueve? ● ¿Es suave y regular, o irregular y complejo? ● ¿Puedes describir los patrones que observas en el movimiento? ● El movimiento, ¿te recuerda a alguna otra de las actividades de este camino? Camino • Describe los movimientos que observas. • ¿Puedes cambiar el movimiento de la “niebla” con tu mano? • ¿Qué sucede? 2 ESFERA TURBULENTA ■ • Has girar la esfera. ¿Qué crees que le pasaría al líquido si detienes la esfera de golpe? • Inténtalo. ¿Es lo que esperabas? • ¿Importa si la esfera se mueve rápido o lento? 5 CAJA DE MANANTIAL ■ • ¿Qué hace que la arena parezca comportarse como un líquido? • ¿Observas algún patrón? • ¿Puedes, moviendo la palanca, hacer que fluya como un río? • Describe los patrones que observas ahora. ¿Son los mismos? 6 PAISAJE EÓLICO ■ • ¿Qué se está moviendo? • ¿En qué se parece esta actividad a otras que has probado? • ¿Qué hace que la arena se mueva? • ¿Es la arena lo único que fluye? Luego de salir de la exhibición, puedes continuar este camino en el resto del Museo: anillos de nube (Rotonda) Géiser (Hall del Universo) Continúa en el Hall del Planeta Tierra para descubrir cómo, a altas temperaturas y en largos periodos de tiempo, incluso roca sólida puede fluir. ¿Qué está pasando? Todos estos diferentes tipos de movimiento se aplican al flujo de un fluido. Tanto líquidos como gases son fluidos. Los sólidos no son fluidos, pero has notado que un sólido actúa como un líquido en una de las actividades? En esta actividad, la arena se comporta de manera similar a un líquido que es vertido en un recipiente. ¿ 1 MAR DE NUBES ■ ¿ 3 cuenca TectónicA ■ 4 zona de fractura ■ 7 Intrusión ■ 8 Tornado ■ Cuáles son otros ejemplos de fluidos que se mueven? Científicos estudian el flujo de fluidos, llamado “dinámica de fluidos,” para entender mejor, por ejemplo, cómo aire, atmósfera, y océanos fluyen para cambiar el tiempo meteorológico. ¿CREES LO QUE VES? Piensa ¿Qué ves cuando miras en un espejo? A menudo podemos predecir en base a nuestra experiencia. Pero a veces las cosas no son lo que parecen. Todas las muestras en este camino están diseñadas para sorprenderte de alguna manera. ¿Lo logran? Antes de efectuar esta actividad, has una predicción sobre lo que piensas va a pasar. Camino 1 TOCA EL RESORTE ■ 2 FALSO REFLEJO ■ • ¿Sientes algo en tu cuerpo al llevar a cabo este experimento? • ¿Qué crees está pasando? • ¿Puedes describir lo que sientes? 4 ¿QUIÉN ES? ■ 5 SUEÑOS DE VOLAR ■ 6 PARÁBOLAS ■ • ¿Cuán diferente es lo que aquí ves de lo que esperas ver cuando miras en un espejo? • Mira bien en los espejos: ¿En qué difieren de los que estás más acostumbrado a ver? • ¿Dónde se encuentra la imagen en un espejo plano y dónde aquí? 7 REFLECTOR ■ 3 ¿QUIERES UNA NUEVA ■ DE ESQUINA • Si colocas una lapicera o llave NARIZ? ¿Por qué has hecho esta predicción? ¿Te basas en algo que has visto o hecho? ● ¿Cómo puedes explicar lo que acabas de ver? ● ¿Qué observas acerca de la forma del espejo? ● ¿Qué trayectoria sigue la luz al viajar entre el objeto, el espejo, y tus ojos? sobre el espejo, ¿cuántos reflejos crees que verás? • Inténtalo. ¿Puedes explicar por qué sucede esto? 8 MÉTETE AL ■ CALEIDOSCOPIO ¿Qué está pasando? La imagen que se forma cuando la luz es reflejada desde el espejo depende de la forma del espejo. A veces las imágenes pueden estar distorsionadas, llevando a malos entendidos acerca del mundo físico. No siempre podemos creer a nuestros ojos! ¡ Para entender cómo pasan las cosas generalmente en ciencia es bueno ser excéptico y cuestionar las ideas, aún las nuestras, acerca del mundo alrededor nuestro. Entendemos lo que realmente sucede y sabemos cómo trabajan las cosas, o sólo creemos que sabemos? Primeras impresiones pueden a menudo ser erróneas porque saltamos demasiado rápido a conclusiones basadas en experiencia pasada. Es muy importante observar, juntar evidencia, una y otra Al conducir en la carretera con tiempo caluroso, puedes ver un espejismo en frente tuyo. vez, y seguir preguntando. ¿ • ¿Qué pasa si te mueves hacia arriba y abajo en tu asiento mientras tu amigo se mantiene quieto? • ¿Qué ves cuando te acercas o alejas? • ¿Cómo describirías la diferencia entre un espejo y un vidrio? ● CAMBIA UNA COSA Científicos diseñan experimentos para poner a prueba sus ideas. Para evitar confusión, cambian una cosa—o “variable”—por vez. Este camino te invita a pensar como un científico, cambiando una sola variable por vez y viendo cómo esto afecta la actividad. Camino 1 ZONA DE FRACTURA ■ 2 FUENTE DE CORIOLIS ■ 3 AGUA QUE GIRA ■ • ¿Qué le sucede al líquido cuando gira? • ¿Cómo describirías la forma del líquido mientras gira? • ¿Por qué la velocidad del cilindro giratorio afecta la curva? • ¿Por qué crees que sucede esto? 4 MAR PICADO ■ • ¿Qué crees vayas a ver cuando gires la perilla del todo hacia abajo? ¿O hasta la mitad? ¿O del todo hacia arriba? • Observa si tus predicciones fueron correctas. 5 MESA DE LOS PÉNDULOS ■ • Prueba tres propiedades distintas de los péndulos, una por vez: peso longitud amplitud— el punto de partida o altura desde donde lanzas el péndulo • ¿Qué efecto tiene cada una en el periodo de un péndulo? Puedes medirlo contando las oscilaciones que cada péndulo realiza en 10 segundos. 6 PÉNDULOS MAGNÉTICOS ■ 7 MÁQUINA DE ■ MOMENTO 8 SIMULADOR DE ■ ÓRBITA SATELITAL • ¿Cómo cambia la órbita si usas un empuje distinto? • Describe la órbita que ves para caída libre. • ¿Cómo se compara a la órbita para no gravedad? RECURSOS CREDITOS “Descubre Exploratorium/AMNH” fue producido con el apoyo de la Louis and Virginia Clemente Foundation, Inc. Visita en la Web los sitios del Exploratorium, www.exploratorium.org, y el del American Museum of Natural History, www.amnh.org, para descubrir actividades ralacionadas, para la escuela y el hogar, más contenido científico, y extensa información para maestros. Esta exhibición fue en parte subvencionada por la Small Business Administration Grant SBAHQ-03-I0013. Para mayor información sobre facilidades de acceso, llamar al 212 769-5100. Los siguientes sitios en la Web presentan información adicional: Resources for Learning: www.amnh.org/education/resources Cullman Hall del Universe: www.amnh.org/rose/universe Gottesman Hall del Planeta Tierra: www.amnh.org/rose/hope Todas las fotografías ©Exploratorium, www.exploratorium.edu Desarrollado, escrito, y producido por: Sharon Simpson Diseño: Catherine Sánchez Duvivier • Ilustraciones: Sean Murtha Traducción: Adriana Aquino Se agradece a los siguientes por investigación de contenido y revisión: Stephen Brodbar, Rachel Connolly, George E. Harlow, Mordecai-Mark Mac Low, Edmond Mathez, Vivian Schwartz, Donna Sethi, Robert Steiner, Gretchen Walker Serie Snackbook (©Exploratorium, San Francisco, California). Serie galardonada de libros de actividades en ciencia. Construye tus propias versiones, en pequeño, probadas por maestros, de las muestras más populares del Exploratorium. Piensa ● ¿Qué vas a cambiar esta vez? ● ¿Qué piensas va a pasar? ● Intenta realizar de nuevo el mismo cambio. ● ¿Ocurre la misma cosa? ¿Estás sorprendido? ● ¿Cómo podrías mejorar tu predicción la próxima vez? ● ¿Qué vas a cambiar la próxima vez? ¿Qué está pasando? Un sistema está compuesto por partes interrelacionadas. Al cambiar un atributo, cambia todo el sistema. Al observar de cerca qué le pasa a un sistema, los científicos obtienen la información que necesitan para hacer más preguntas y desarrollar una teoría completa. Para elaborar una teoría, comienzan con una hipótesis—por ejemplo, una explicación acerca de cómo oscilan los péndulos—, la cual puede ser puesta a prueba con experimentos. Para confirmar una hipótesis, deben designar un experimento que dé el mismo resultado cada vez que se lleve a cabo. Encuentra el problema de tu auto o carro eliminando las posibles causas una por vez. ESTÁNDARS Esta exhibición y los caminos de esta guía responden a los siguientes Science Standards ordenados por el National Research Council: Estándar A: Habilidad necesaria para efectuar investigación científica Estándar B: Ciencias Físicas Estándar D: Ciencias de la Tierra y el Espacio y los siguientes New York City Performance Standards: S1: Conceptos de Ciencias Físicas S3: Conceptos de Ciencias de la Tierra y el Espacio S5: Pensamiento Científico S6: Herramientas Científicas y Tecnologías GLOSARIO caos El comportamiento errático de algunos sistemas dinámicos en los cuales pequeños cambios en las condiciones iniciales resultan en grandes diferencias. Ejemplos en la naturaleza incluyen las fluctuaciones en una población y el comportamiento de fluidos turbulentos. corte Cambio de velocidad a través del flujo de un fluido. efecto de Coriolis La curvatura aparente de la trayectoria de objetos moviéndose en línea recta sobre una superficie en rotación. En el planeta Tierra, grandes objetos, tal como sistemas de tormenta y corrientes oceánicas, parecen moverse en línea curva porque son vistos sobre una esfera en rotación. eje La línea alrededor de la cual rota un objeto, e.g. el eje de una rueda. energía El atributo físico de un objeto o sistema que le permite realizar trabajo. La energía existe en varias formas—por ejemplo, movimiento, calor, o electricidad— y puede cambiar de una forma a otra. Pero siempre se conserva, i.e., nunca es creada o destruida. flujo Movimiento similar a una corriente, característico de un líquido o gas. flujo laminar Suaves corrientes ordenadas que fluyen paralelas entre sí. (opuesto a turbulencia) frecuencia natural (resonante) La frecuencia con la cual un oscilador, como por ejemplo un péndulo, oscila al ser puesto en movimiento. El empujar en la frecuencia natural produce mayores efectos que el empujar más o menos a menudo. La frecuencia natural es la frecuencia a la cual una fuerza produce la máxima respuesta de un oscilador. (ver resonancia) fuerza Influencia sobre un cuerpo que causa un cambio en el movimiento del objeto. gravedad Fuerza de atracción entre dos objetos que depende de la masa de cada uno de los objetos y de la distancia entre ellos. inercia La tendencia de un objeto a permanecer en un lugar o a continuar moviéndose en línea recta hasta que una fuerza actúe sobre el objeto. (ver momento linear) licuefacción El fenómeno por el cual un sólido granular, tal como la arena, actúa como un líquido. masa La cantidad total de materia en un cuerpo. momento (ver momento linear, momento angular) momento angular La medida de la tendencia de un objeto en rotación a continuar girando alrededor de su eje. El momento angular total no cambiará mientras fuerzas giratorias o de torsión no actúen desde afuera sobre el objeto. (ver momento linear) momento linear La medida de la tendencia de un objeto a permanecer en movimiento. Un objeto continuará moviéndose en línea recta a velocidad constante mientras no sea afectado por una fuerza externa. (ver momento angular, inercia) péndulo de Foucault: Péndulo grande colgado desde un pivote que rota libremente. Continúa oscilando en línea recta fija mientras que debajo de él, la Tierra se encuentra en rotación. Utilizado por primera vez en 1851 por el físico francés Jean Foucault para demostrar la rotación de la Tierra. periodo El tiempo que le lleva a cualquier objeto que vibra u oscila, como por ejemplo un péndulo, efectuar una oscilación completa. resonancia Una de las frecuencias naturales de un sistema físico, como por ejemplo el movimiento periódico de un péndulo o la vibración de una cuerda tirante. torsión Una fuerza que hace torcer o girar, e.g., al usar un destornillador para ajustar un tornillo, o un motor que hace girar el eje de transmisión de un vehículo. turbulencia Flujo en el cual las corrientes son confusas e irregulares. (opuesto a flujo laminar) vibración Oscilación o movimiento repetido de un lado a otro. viscocidad Medida de la resistencia de un fluido a fluir; cuán espeso es un fluido. (ver flujo) vórtice Flujo en rotación de un líquido de tal manera que las líneas de flujo formen círculos concéntricos. JUGANDO CON PÉNDULOS Un péndulo se balancea de un lado a otro en un movimiento regular. Lo habrás visto en el reloj del abuelo o quizás tú mismo hayas construido uno al suspender una pelota con una cuerda. Aunque parezcan simples, los péndulos tienen algunas propiedades remarcables. Descubre algunas de ellas en este camino. Camino 1 PÉNDULO SERPIENTE ■ • ¿Qué patrones observas cuando miras estos péndulos? • ¿Ves alguna conexión entre la longitud de un péndulo y su periodo? 2 MESA DE LOS ■ PÉNDULOS 3 PÉNDULOS APAREADOS ■ • ¿Qué está haciendo el primer péndulo cuando el segundo alcanza su movimiento más grande? • ¿Qué crees que le estará pasando a la energía? • En esta muestra, la energía que hace mover a un péndulo es provista por otro péndulo. Cuando un agente externo provee energía con la misma frecuencia que la frecuencia El periodo de un péndulo es el tiempo que le lleva retornar a su punto de partida. Los movimientos de los péndulos de uno a otro lado son llamados oscilaciones o vibraciones. El número de periodos—las veces que el péndulo oscila en una unidad de tiempo determinada, por ejemplo, un segundo—es llamado frecuencia. natural del péndulo original, éste responde con un movimiento mayor. Este fenómeno se llama resonancia. 4 PÉNDULO De FAse ■ 5 MESA DE DIBUJO ■ 6 PÉNDULO ROTANTE ■ • ¿Qué crees va a pasar si rotas la base? • ¿Qué le pasa al periodo del péndulo? ¿Y a la trayectoria que toma el péndulo? • Si estuvieras parado en la base mientras ésta gira lenta y suavemente, parecería que el que gira es el péndulo, no tú. Un péndulo de Foucault, péndulo grande que se balancea libremente, provee evidencia de la rotación de la Tierra. 7 PÉNDULOS ■ MAGNÉTICOS 8 PÉNDULOS DE ■ MOVIMIENTO RELATIVO 9 SIMULADOR ■ DE ÓRBITA SATELITAL • ¿Cómo se parece una órbita a un péndulo? • ¿Cuál es su periodo? • ¿Cómo cambia la órbita si usas propulsores? ¿Qué está pasando? Los péndulos son un ejemplo de oscilación armónica—movimiento de un lado a otro o vibración. Oscilación armónica simple es hallada en muchos fenómenos naturales, tales como en la luz, sonido, y olas. El entender cómo trabajan los péndulos nos ayuda a comprender mejor estos fenómenos naturales.