Plantas en el espacio
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TÍTULO DEL PROYECTO Plantas en el espacio NOMBRE DE QUIENES DESARROLLARÁN EL PROYECTO, GRADO E INSTITUCIÓN EDUCATIVA. Rafael Estrada Castaño y Sady Yarnely Córdoba Zapata. Grado octavo. Colegio Cooperativo San Antonio de Prado sede San Nicolás NOMBRE DEL PROFESOR ASESOR E INSTITUCIÓN EDUCATIVA Marleysi Córdoba Lloreda ÁREA TEMÁTICA Ciencias Naturales DURACIÓN DEL PROYECTO 4 meses DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO En las siguientes páginas se deben desarrollar cada uno de los aspectos que se numeran a continuación: a. Título de la investigación PLANTAS EN EL ESPACIO b. Resumen Este proyecto trata de demostrar cómo en el espacio donde no hay gravedad, indispensable para el crecimiento de una planta, se puede generar una fuerza mínima gravitatoria para su desarrollo. · Planteamiento del problema Justificación del estudio Este proyecto es el fruto de una pregunta que nos surgió un día ¿Puede crecer una planta en el espacio? · Antecedentes del problema Se cultivarán dos muestras de la planta Arabidopsis thaliana, más conocida como berro de tales. Una de ellas en la Tierra y la otra en una centrífuga en órbita. La idea es hacer una comparación del desarrollo de éstas, lo que ayudará a los científicos y estudiantes a entender cómo la ausencia de la gravedad afecta el ciclo de vida de las plantas. · Pregunta de investigación ¿Cómo pueden crecer plantas en el espacio sin gravedad o con gravedad artificial? · Viabilidad y factibilidad de la investigación c. Marco teórico o conceptual En las próximas décadas es muy probable que veamos las primeras exploraciones a los planetas más cercanos al Sistema Solar. Marte será, seguramente, el primer candidato. Sabemos, gracias a documentales, que en el espacio exterior se experimenta la sensación de ingravidez o, más precisamente, microgravedad. Dada la dificultad de representar ese estado en una película, a menos que las escenas se filmen en órbita terrestre (prohibitivamente caro) o bien en aviones en caída libre (tal como se hizo en Apolo XIII. Los realizadores utilizaron el avión de la NASA KC-135, conocido también por su apodo de "vómito volante", cuya trayectoria de vuelo permite una sensación de ingravidez por unas decenas de segundos. El KC-135 realiza órbitas parabólicas de 20-30 segundos de duración, durante las cuales se experimenta técnicamente la sensación de ingravidez; de algo semejante a ser disparado por un cañón y caer libremente en la Tierra. Durante este tiempo todas las reacciones son como las de estar volando en el espacio. Dado que una película moderna está construida por la cuidadosa edición de planos que no duran más de diez a veinte segundos, un cuidadoso montaje puede dar la continuidad adecuada para crear la ilusión que estamos en el espacio. Más fácil resulta plantear la existencia de una gravedad artificial, similar a la terrestre, y creada de una manera vaga y pseudocientífica. Pero, ¿cuál sería la manera de producir gravedad artificial en el espacio? Ante todo, debemos definir que entendemos por gravedad. De una manera simplificada, la fuerza de gravedad representa la atracción entre masas como, por ejemplo, la que experimenta la Tierra en relación con el Sol. Es decir, para generar un campo gravitatorio hay que tener masa. Dado que el resultado final de la fuerza gravitatoria es experimentar una aceleración, el llamado principio de equivalencia haría posible generar una gravedad artificial con el simple expediente de mantener una continua aceleración sobre la nave espacial. El grave inconveniente de este método es la necesidad de un excesivo consumo de combustible para mantener los motores que mantendrían esa aceleración. Un resultado similar puede alcanzarse a través de un movimiento de rotación. La rotación de un cuerpo genera la llamada aceleración centrífuga, una aceleración en la dirección radial, perpendicular al eje de rotación. Por ello, si nos ponemos en el exterior de una rueda que gira con la adecuada velocidad de rotación, podríamos sentir en nuestro cuerpo una aceleración similar a la terrestre, que nos empujaría a caer hacia afuera del cuerpo en rotación. Esta solución al problema de generar el efecto de una gravedad artificial en el espacio fue ya sugerida por el pionero astronáutico ruso K.E Tsiolvski, a principios del siglo XX, y popularizada por Werner Von Braun, en la década de los cincuenta, divulgando la idea de una estación espacial en forma de rueda, un diseño que captó la imaginación de los ilustradores de la época. La representación más espectacular de esta idea se encuentra la estación espacial en la película 2001. Odisea del Espacio, la película de Stanley Kubrick de 1968 basada en la novela homónima de Arthur C. Clarke. También se usa el mismo efecto físico en el habitáculo de los astronautas en la nave Discovery en camino a Júpiter. No resultó tan extraño ver una estación espacial rotando al público del cine de los años sesenta, pues las audiencias habían sido educadas en el apogeo de la carrera espacial, y estaban habituadas a ver ilustraciones de estaciones espaciales en forma de rueda, que parecía serían realidad sólo en unos pocos años en el futuro. Salvo por motivos de coste, no hay nada en la estación espacial en forma de una gigantesca rueda, donde atraca la nave Orión de camino a la Luna, que no sea tecnológicamente factible. El acceso radial desde el centro hacia el área exterior permite a los viajeros una adaptación gradual a las nuevas condiciones de vida. La rotación hace que la aceleración centrífuga haga las veces de gravedad, con la dirección de la aceleración apuntando radialmente hacia afuera. Incluso su tamaño es apropiado, pues una estación de menores dimensiones requeriría una rotación más rápida para simular la aceleración terrestre, lo cual sería malo fisiológicamente para el cuerpo humano que, como se sabe, sólo puede tolerar rotaciones moderadas de un cuerpo. La rotación tiene que ser lenta, porque el cuerpo humano siente náuseas y otros efectos colaterales. En un rasgo de extremo realismo, muy apropiado de la personalidad de Kubrick, los planos en el interior de la estación muestran los pisos curvados. En una situación real, los actores siempre estarían caminando perpendiculares al piso. La gravedad artificial generada de esta manera eliminaría muchos problemas fisiológicos asociados a la exposición a la microgravedad (pérdida de fluido corporal, pérdida de densidad ósea, entre otros) que se prevé ocurrirá en viajes de larga duración como los que requerirá la exploración del Sistema Solar. Es muy lógico pensar que tarde o temprano habrá vuelos interplanetarios tripulados, aunque no serán tan fáciles de realizar como los que presentan las películas. Los viajes a los planetas del Sistema Solar requerirán al menos bajas aceleraciones durante cortos tiempos y largos periodos de ingravidez. La medicina aeroespacial ha estudiado intensivamente los problemas ocasionados por trabajar en condiciones de casi ingravidez (lo que hemos llamado microgravedad), especialmente gracias a la experiencia en la estación espacial rusa MIR. Los médicos han encontrado para su sorpresa que la exposición del cuerpo humano a condiciones de ingravidez tiene efectos graves en la salud. Los problemas son tan dispares como la pérdida de masa ósea, de células que llevan oxígeno en la sangre y de fuerza muscular, junto con la atrofia de los músculos, por ejemplo los del corazón, con los consiguientes problemas cardiovasculares. Por lo tanto, será necesario que las tripulaciones de las naves del futuro, sometidas a viajes de meses o años de duración, cuenten con algún método para lograr una “pseudo-gravedad”, como lo hemos descripto más arriba. Es por eso que los astronautas de la nave Discovery realizan su vida diaria en una gigantesca cámara centrífuga en el centro de control de la nave, bajo la atenta mirada de HAL 9000. Dado que la duración de las misiones tripuladas a Marte será prolongada, es posible que los astronautas también tengan algún método similar de generar gravedad artificial. En películas como “Misión a Marte” y “Planeta Rojo” se ven elementos de las naves espaciales que rotan creando una aceleración centrífuga que simula la gravedad. Eso no significa que los cineastas tengan claro qué es la aceleración centrifuga. Con un diseño correcto, las paredes que hacen de veces de “piso” en un cilindro, deben colocarte paralelas al eje de rotación de la nave, para que los astronautas caminen perpendiculares al mismo. En una escena de la película Armageddon, que es una ofensa al sentido común, se pone a rotar la Estación Espacial Rusa MIR, y milagrosamente ésta comienza a experimentar gravedad en su interior, sin tener en cuenta que la compleja estructura de pasadizos y zonas habitables no permite definir con claridad el arriba y abajo. Aunque desde el punto de vista médico el efecto de colocarse en un sistema en rotación sería el mismo que el de la terrestre, existen diferencias entre la gravedad natural de la Tierra y la “gravedad artificial” de un sistema rotante como los representados en la película de Kubrick. Por ejemplo, cuando estamos parados en él deberíamos notar que caminamos en un piso curvo... ¡siempre estamos perpendiculares a la superficie!, a diferencia de caminar en un piso semejante en la Tierra. Los diseñadores de la producción de 2001 tuvieron cuidado, por ejemplo, en construir el piso de la estación espacial ligeramente curvo, para ser coherentes con su imagen exterior. Hay otro efecto también muy interesante, que debería haber sido experimentando cuando el astronauta Frank Poole corría en el interior del módulo de mando de la Discovery. La intensidad de la fuerza centrífuga depende del cuadrado de la velocidad tangencial del piso, y de la distancia al centro de rotación. Como la fuerza depende de la velocidad del piso, si el astronauta se desplaza en la dirección que el piso se mueve, o bien en la dirección opuesta, cambia su velocidad tangencial, resultando para él un aumento o disminución de la fuerza centrífuga. Un astronauta corriendo en esas condiciones tendría la impresión similar a la de subir o bajar una cuesta, por el cambio en la fuerza ejercida sobre su cuerpo. El elevado coste que supone enviar material al espacio no permite llevar a la práctica las ideas de ingenieros y artistas. Pero seguramente las generaciones futuras verán navegar en el espacio la estación espacial, heredera de esos sueños de ingenieros, científicos y artistas de nuestra época. d. Objetivos Encontrar una forma en la cual las plantas puedan vivir sin gravedad. Lograr, por medio de experimentaciones pequeñas, el proceso de siembra de una planta fuera de la tierra. e. Diseño metodológico Tipo de investigación: Investigación Científica · Métodos y técnicas de investigación Experimentaremos cómo vivirá una planta con gravedad artificial introduciendo plantas en frascos que estarán rotando constantemente alrededor de un eje fijo y así mirar si se puede o no sembrar plantas en el espacio · Análisis e interpretación de los datos Empezar por la experimentación y luego seguir investigando si se puede o no hacer este proyecto. f. Referencias bibliográficas (según los ejemplos presentados anteriormente) http://www.iac.es/galeria/hcastane/memex/gravedad.htm www.wikipedia.com/ plantación en el espacio www.monografias.com/ Arabidopsis thaliana g. Cronograma: ACTIVIDAD 1. Recopilación de información 2. Pruebas con gravedad 3. Análisis de resultados jul X x ago sep X X X Recursos: CANTIDAD JUSTIFICACIÓN DE SU USO VALOR FUENTE Motor con reostato 1 Centrífuga para generar gravedad a distintas revoluciones $50.000 Coomulsap P. Explora Memoria USB 1 Guardar información $25.000 Base de centrífuga para plantas 1 Soporte para colocar las plantas en la centrífuga $50.000 Poster 1 Presentación $80.000 NOMBRE DEL ARTÍCULO O SERVICIO REQUERIDO Coomulsap P. Explora Coomulsap P. Explora Coomulsap P. Explora · Aspectos de seguridad: Se mantendrá presente el daño que pueda causar algún tipo de elemento o situación hechas en las experimentaciones realizadas. h. Aspectos éticos: Se tratará con responsabilidad teniendo en cuenta el crecimiento natural de la planta.
