GEORAMA ROTACIÓN DE LA TIERRA EN TORNO AL SOL. ROTACIÓN EN TORNO A SÍ MISMA

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1 GEORAMA INTRODUCCIÓN La presente práctica ha sido concebida para acompañar el aparato denominado Georama (del griego geos = Tierra, orama = vista o representación). Es una práctica suficientemente completa y pedagógica, como para constituir un elemento básico en la comprensión de algunos aspectos del programa de la asignatura Geodesia, tales como el movimiento de la Tierra y la Luna o la medida del tiempo. El Georama es una maqueta móvil, que representa los movimientos de la Tierra y de la Luna, en torno al Sol; su función es sólo descriptiva, y sus objetivos son: Estudiar y comprender los efectos producidos por la luz solar sobre nuestro planeta, al girar sobre un eje inclinado. Estudiar y comprender los efectos y apariencias observados sobre la Luna, la cual gira en torno a la Tierra. Podemos concluir de lo dicho, que el objetivo de esta práctica es ayudar a comprender mejor, la causa de los principales fenómenos observables, como consecuencia de los movimientos de la Tierra y de la Luna, en torno al Sol. ROTACIÓN DE LA TIERRA EN TORNO AL SOL. ROTACIÓN EN TORNO A SÍ MISMA El aparato está regulado en el punto de inicio en el solsticio de invierno, tal como se indica en la figura. Notar que cuando hacemos girar a la Tierra en torno al Sol, el eje de rotación terrestre (eje de rotación de la Tierra en torno a sí misma), permanece siempre orientado de la misma forma en el espacio. Este efecto se consigue mediante la especial disposición del Georama, que posee dos pies cuyo objetivo es mantener la inclinación de este eje constante en el espacio, cuando la figura de la Tierra rota en torno al Sol.

2 ROTACIÓN EN TORNO A SÍ MISMA Hacer girar la Tierra sobre sí misma, sin modificar la orientación de su eje. Notar el límite que separa el día de la noche, en las posiciones correspondientes a los dos solsticios y a los dos equinoccios. Observar que en las distintas latitudes, el número de meridianos que están en la parte del día o de la noche, nos indica la duración del día o de la noche en esas latitudes. Los alfileres situados en el globo terráqueo, nos indican la latitud de los puntos en los que están situados (y la de todos los puntos del mismo paralelo). Así, vemos que hay 5 alfileres sobre el meridiano de Greenwich, en las latitudes: circulo polar, París, trópico de Cáncer y trópico de Capricornio. El último alfiler está en el meridiano a 180º de Greenwich. Cuando hacemos girar la Tierra de este a oeste (de tal forma que vemos salir el Sol por el este), los alfileres sobre el meridiano de Greenwich entran en el área iluminada por el Sol, cuando el alfiler opuesto (situado a 180º de éstos) sale de dicha área. ROTACIÓN EN TORNO AL SOL Al repetir esta experiencia en los dos solsticios y en los dos equinoccios, observamos la diferente duración del día y de la noche. Solsticio de Invierno. En el Ecuador hay 12 meridianos iluminados, lo que corresponde a 12 horas de día y 12 de noche. En la latitud de París sólo hay 8 meridianos iluminados, lo que da 8 horas de día y 16 de noche. El límite entre el día y la noche se detiene en el círculo polar ártico, esto significa 24 horas de oscuridad. Es siempre de noche. Al contrario, en el círculo polar antártico, hay luz del Sol las 24 horas, es decir, es siempre de día. Equinoccio de Primavera. En cualquier latitud hay 12 meridianos iluminados, lo que corresponde a 12 horas de día y 12 de noche. En todos los puntos indicados con alfileres, la duración del día es igual a la de la noche. Solsticio de Verano. En el Ecuador hay 12 meridianos iluminados, lo que corresponde a 12 horas de día y 12 de noche. En la latitud de París hay 16 meridianos iluminados, lo que da 16 horas de día y 8 de noche. La parte de la Tierra en el círculo polar ártico, recibe la luz del Sol las 24 horas del día. Al contrario, en el círculo polar antártico, no hay luz del Sol, es siempre de noche. Equinoccio de Otoño. En cualquier latitud hay 12 meridianos iluminados, lo que corresponde a 12 horas de día y 12 de noche. En todos los puntos indicados con alfileres, la duración del día es igual a la de la noche. Elipticidad de la órbita de la Tierra. La órbita de la Tierra no es circular como en el Georama sino elíptica, pero sucede que esta elipticidad es muy pequeña. Esta idea previa está tan arraigada en la población, que muchas personas piensan que la elipticidad de la órbita terrestre es la responsable de las diferentes estaciones del año. Esto es falso. La razón de la existencia de las estaciones, reside en la inclinación del eje de la Tierra, o lo que es lo mismo, en la inclinación del plano ecuatorial terrestre, con respecto al de la Eclíptica. Durante el verano la temperatura es mayor debido a que los rayos solares inciden verticalmente, mientras que en el invierno esta incidencia es más bien oblicua. Además, la duración del día es mayor en verano que en invierno. La elipticidad de la órbita terrestre es demasiado pequeña, para 2

3 originar una gran diferencia de temperaturas, no obstante, sí es verdad que el verano en el hemisferio austral, es algo más cálido que en el hemisferio boreal. Esta pequeña diferencia proviene de que la Tierra se encuentra algo más próxima al Sol, durante el verano austral por coincidir, aproximadamente, con el Perihelio. ESTUDIO DE LAS FASES Y MOVIMIENTOS DE LA LUNA ROTACIÓN EN TORNO A LA TIERRA. FASES DE LA LUNA Dejemos la Tierra inmóvil en el solsticio de invierno, para simplificar la experiencia. La Luna efectúa un giro completo en torno a la Tierra en 29 días aproximadamente, en el sentido indicado por la flecha de la primera figura de esta práctica. Para ver este movimiento, con la mano izquierda mantener fijo el disco sobre el que se lee "órbita de la Luna", mientras, 3

4 con la mano derecha, actuar sobre la varilla que sostiene la Luna, haciendo que la Luna de una vuelta completa en torno a la Tierra. Si nos detenemos en cada cuarto de vuelta, podemos observar como se ve la Luna desde la Tierra (fases de la Luna). Luna nueva. Es la posición "ln" de la figura adjunta. Aquí, la Luna presenta a la Tierra su mitad no iluminada. Por ello, en la época luna nueva no podemos ver la Luna. El Sol y la Luna salen y se ponen al mismo tiempo. Cuarto creciente. Es la posición "cc" de la figura adjunta. Desde la Tierra sólo puede verse la mitad de la cara iluminada de la Luna (la media Luna de la derecha, vista desde la Tierra). Cuando el Sol se pone, la Luna pasa por el meridiano, es decir, la Luna sale a mediodía y se pone a medianoche. Luna llena. Es la posición "pl" de la figura adjunta. Aquí, la Luna presenta a la Tierra su mitad iluminada. Por ello, en la época luna llena vemos toda la cara iluminada de la Luna. Cuando sale el Sol se pone la Luna, y al contrario, cuando sale la Luna se pone el Sol. Cuarto menguante. Es la posición "cm" de la figura adjunta. Desde la Tierra sólo puede verse la mitad de la cara iluminada de la Luna (la media Luna de la izquierda, vista desde la Tierra). Cuando el Sol sale, la Luna pasa por el meridiano, es decir, la Luna sale a medianoche y se pone a mediodía. CLARO DE LUNA. CLARO DE TIERRA Tal como muestra la figura dos o tres días antes o después de la luna nueva, se puede observar durante la aurora o el crepúsculo, que el disco lunar completo, aparece iluminado con una luz muy débil. Este resplandor es producido por el claro de tierra sobre la Luna, es decir, por el hemisferio terrestre, que iluminado por el Sol, refleja parte de la luz que recibe hacia la Luna. De la misma forma se produce sobre la Tierra el claro de luna, en este último caso se produce en el plenilunio. 4

5 ROTACIÓN DE LA LUNA EN TORNO A SÍ MISMA Tal como indica la figura, si observamos un punto de la Luna, en el transcurso del tiempo siempre lo veremos en la misma posición. Esto confirma que la Luna tiene un movimiento de rotación en torno a sí misma, tal como indica la figura. Este movimiento es de tal manera que emplea el mismo tiempo, que el necesario para completar una rotación en torno a la Tierra. De esta forma se explica que la Luna haya ocultado siempre su otra cara. ESTUDIO DE LOS ECLIPSES Colocar y mantener el disco denominado "órbita de la Luna", de manera que el punto negro forme 90º con la dirección de la varilla soporte de la Tierra. En esta situación se producirán dos eclipses en cada vuelta de la Luna, uno de Luna y otro de Sol. Eclipse de Luna. La Luna penetra completamente en la zona de sombra de la Tierra. Este eclipse es total, pudiendo observarse desde cualquier punto del hemisferio terrestre que está de cara a la Luna. El eclipse parcial sucederá cuando sólo una parte de la Luna, pase por la zona de sombra de la Tierra. Eclipse de Sol. Sucede cuando la Luna pasa entre el Sol y la Tierra, produciendo una pequeña mancha de sombra, que barre la superficie de la Tierra. El eclipse es total sólo en el centro de esta mancha, es parcial a su alrededor (zona de penumbra). Observación : En realidad no se produce un eclipse en cada lunación (29 días), porque el plano que contiene la órbita de la Luna, tiene una inclinación de 5º respecto de la Eclíptica (recordar que la órbita terrestre alrededor del Sol define la Eclíptica, ya que este plano es el que contiene por definición dicha órbita). En el Georama la inclinación es más acusada por necesidades de funcionamiento. LÍNEA DE LOS NODOS Cuando hacemos que la Tierra dé una vuelta completa alrededor del Sol, manteniendo orientado el punto negro hacia un objeto fijo exterior. Observamos que los planos orbital terrestre y lunar, se cortan en una línea conocida como línea de los nodos. Los puntos que definen esta línea, son posiciones en las cuales la Luna se halla en el mismo plano que el Sol y la Tierra, por tanto, en estos puntos será posible que suceda el eclipse de Luna o de Sol. Al año se producirán dos eclipses de Luna y dos de Sol, no obstante, la línea de los nodos precede en el sentido indicado por la figura de la primera página de esta práctica, con un periodo de 18 años, 11 días y 8 horas; este movimiento lento produce la repetición de un mismo eclipse con este periodo. 5

6 ECLIPSE DE SOL TOTAL Y ANULAR Cuando la Luna se encuentra a su menor distancia de la Tierra (en el perigeo), el eclipse de Sol será total. En el caso contrario, cuando la Luna se encuentra en el apogeo, el eclipse será anular, pudiendo observarse el disco solar convertido en un anillo. ESTUDIO DE LAS MAREAS Cuando examinamos la figura inferior, observamos que los dos bordes opuestos son provocados por la atracción combinada del Sol y de la Luna. En las épocas de luna llena y luna nueva, la atracción ejercida por estos dos astros se suma, por estar ambos en conjunción (el Sol, la Tierra y la Luna, están los tres sobre la misma línea). Esto da lugar a una fuerte marea que se llama marea viva. En la época del cuarto creciente o del cuarto menguante, la atracción ejercida por la Luna y el Sol, se producen formando entre sí un ángulo recto. Esto da lugar a una marea de menor proporción que se denomina marea muerta. Finalmente, hay que precisar que la atracción del Sol es responsable sólo de 1/3 del fenómeno de las mareas; además, el doble borde dibujado en la figura, no coincide exactamente con el paso de la Luna por el meridiano, ya que se produce un cierto retraso o desfase, causado principalmente por la configuración de las costas, la cual origina, en algunos lugares de la Tierra, una ampliación de la magnitud de este fenómeno. 6

7 ESTUDIO DE LOS HUSOS HORARIOS Por convenio internacional, la Tierra está dividida en 24 husos horarios de una hora cada uno, es decir, 360º / 24 = 15º de arco para cada huso. Cada huso horario abarca un meridiano, por ello, se extiende 7º 30' a cada lado del meridiano correspondiente, tal y como indica la figura adjunta. Sobre el globo terráqueo del Georama, cuando en París son las 12 horas vemos que en Moscú son las 14 horas, debido a que están separados por dos husos horarios. Al mismo tiempo son las 21 horas en Tokyo, debido a que la diferencia con París son 9 husos horarios. Si seguimos avanzando llegamos a la línea del cambio de fecha, que está a 180º de Greenwich. En la realidad está línea no es tan recta, ya que por convenio se procura que no atraviese ninguna zona habitada. TIEMPO SOLAR MEDIO Y TIEMPO SIDERAL Sobre la mesa coloquemos un objeto y dejémoslo fijo durante toda la experiencia. A continuación procurar alinear el meridiano de Greenwich, el Sol y el objeto. Cuando hacemos rotar la Tierra alrededor del Sol un mes, si orientamos el meridiano de Greenwich hacia el objeto, vemos que no está en la dirección del Sol, para orientar tal meridiano respecto del Sol, es necesario rotar la Tierra un cierto ángulo. Está diferencia indica que el día solar es más largo que el día sideral (en 4 minutos). Este fenómeno se observa en la figura adjunta, en la cual vemos que cuando el Sol está en el solsticio de verano, a las 0 horas de tiempo sidéreo el Sol se ve en el horizonte, por ello no son las 0 horas solares sino las 6 horas. Análogamente en el punto libra Ω, medio año después, el desfase será de 12 horas. En suma, la duración de un año en tiempo solar será un día más larga que en tiempo sideral: 7

8 1 año = días medios (menos días por ser mayor la unidad de medida) 1 año = días sidéreos (1 año trópico, referencia el punto vernal γ) 8

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