LABORATORIO SOLAR MANUAL

Transcripción

1 MANUAL

2 Índice Instalación de la aplicación... Requerimientos del sistema... Introducción Operación de la aplicación Prepárate para jugar....8 Juega y aprende Estación espacial Estación terrestre Observatorio solar Aprende más...27 Soporte al cliente...28

3 Instalación de la aplicación. El Laboratorio Solar es uno de los productos del proyecto Galileo-2 de la Fundación Arturo Rosenblueth, y ha sido diseñado y construido para operar en computadoras personales con alguno de los sistemas operativos de la serie Windows, a partir de Windows 95. Requerimientos. Para que el sistema pueda instalarse satisfactoriamente se requieren los siguientes recursos: Hardware, 32 Mb en memoria mínimo; 64 MB recomendado. Procesador Pentium I a 100Mhz o superior. Tarjeta de video y monitor con resolución de 800X600, como mínimo. Tarjeta de sonido y bocinas. 50 MB de espacio en disco duro, como mínimo. Unidad lectora de discos compactos (CD). Teclado y ratón (mouse). Software, Windows 95, Windows 98, Windows Me, Windows 2000 o Windows XP. Internet Explorer 4.0 o superior. Introducción. El Laboratorio Solar es un juego que ha sido construido para estudiar al Sol y a las relaciones que la Tierra y sus habitantes tenemos con él, al grado de que aún nuestras vidas dependen de él aunque nosotros no lo sepamos. La importancia del Sol para la vida en la Tierra, fue conocida por nuestros antepasados desde hace miles de años, de hecho el Sol fue quizás el primer objeto observado y estudiado por los seres humanos, no sólo por su presencia y su brillo, sino por la absoluta y predecible regularidad de su comportamiento. No solo salía y hacia su recorrido todos los días, sino que lo hacia repitiendo el mismo camino desde su salida hasta su ocaso, por direcciones que si no idénticas, resultaban muy similares entre cada día y el siguiente.

4 Con el tiempo los hombres más observadores y estudiosos detectaron que si bien sus posiciones de salida cambiaban día con día se repetían cíclicamente y cuando pudieron contar, constataron que esos ciclos eran de 365 días una y otra vez. Luego se empezaron a percatar de otras cosas: Cada día, el calor era mayor en la medida que el Sol se elevaba del horizonte hasta llegar a su punto más alto, para disminuir después en la medida que el Sol volvía a bajar al horizonte por el lado opuesto. La trayectoria que seguía el Sol dependía del lugar o la dirección por la que salía. La dirección de salida del Sol y su trayectoria sobre la esfera terrestre estaba siempre asociada a las épocas de frío y calor, así como a las de lluvia y sequía. De igual manera ellas se ligaban también a la vida de las plantas, los tiempos que daban flores y los tiempos de las cosechas. Aún la presencia de las aves parecía asociada a los movimientos solares de cada una de las épocas de frío y calor. Así quedo establecida la importancia del Sol, llegándose a creer que se trataba de un dios, que tenía poderes infinitos para gobernar tanto a las estrellas como a las fuerzas de la naturaleza (el viento, la lluvia, la sequía, etc.) y la vida misma en la tierra. Los hombres antiguos conocieron con precisión los movimientos del Sol a lo largo del día y del año, pero no los entendían, ni entendían sus consecuencias sobre la Tierra. Este conocimiento vendría mucho después, gracias a las observaciones y los estudios de numerosos hombres de ciencia (astrónomos, matemáticos, físicos y geógrafos) a partir del siglo XV. No obstante la gran influencia que el Sol ejerce sobre la Tierra, y el gran conocimiento que existe sobre él y sobre su relación con nuestro planeta, su estudio es hoy un tema poco conocido y de escaso interés para la mayoría de los hombres y las mujeres del siglo XXI. Incluso, muchas de las ideas que se tienen al respecto son equivocadas, así por ejemplo, en algunas escuelas se sigue enseñando que en el verano hace más calor que en invierno, porque en su órbita elíptica la Tierra esta más cerca del Sol. Así, pensamos también, que el Ecuador es donde hace más calor en todo el planeta, sin darle importancia al hecho de que los grandes desiertos están en latitudes distantes de éste. En particular, te has hecho tú alguna vez una de estas preguntas? Cuál es el día más largo del año? Cuánto dura? La duración del día más largo del año es igual en todas partes? Si yo viajo hacia el norte, voy a tener más frío?

5 Qué día del año, el Sol llega más alto sobre el horizonte? Qué tan alto? El Sol llega igual de alto en todas las regiones de la Tierra? En verdad el Sol sale por el Este y se mete por el Oeste? Es cierto que en el hemisferio sur, el movimiento (la trayectoria) del Sol es al contrario que en el hemisferio norte? Cuántas de estas preguntas puedes contestar con seguridad de que tus respuestas sean correctas? Te invitamos a jugar con el Laboratorio Solar, asegurándote que luego de usarlo las podrás responder todas y de hecho cualquier otra pregunta sobre el tema, porque para entonces tendrás una visión mejor del planeta en el que vives, pero también porque habrás aprendido a hacer uso de tu intuición y de otras habilidades que no te imaginas que tienes. El Laboratorio Solar ha sido construido como un juego esperando que todos los niños del mundo que jueguen con él, descubran como los movimientos de traslación de la Tierra alrededor del Sol, y su rotación sobre un eje inclinado permanentemente 23º.60 en relación al plano de su órbita, constituyen los elementos que definen en buena media las estaciones del año, y las diferentes regiones climáticas del planeta, determinando muchas de las características de las plantas y animales que las habitan. Operación de la aplicación. El menú principal del Laboratorio Solar cuenta con tres opciones, además de una guía didáctica que pueden ser seleccionadas directamente: Prepárate para jugar (1). Juega y aprende (2). Aprende más (3).

6 Prepárate para jugar Figura 1. Pantalla principal del Laboratorio Solar En Prepárate para jugar tú puedes aprender a usar el Laboratorio Solar a través de un conjunto de videos que te indican como se controlan y funcionan los diferentes módulos del simulador (laboratorio). Si tú no has jugado con él, es conveniente que los veas antes de usar el juego. Juega y aprende En Juega y aprende, te encontraras con los tres módulos del Laboratorio Solar: a) Estación espacial. b) Estación terrestre. c) Observatorio solar. Estación espacial El primer módulo es una estación espacial desde la cual tú puedes observar los movimientos de rotación y translación de la tierra alrededor del Sol. Por su movimiento de translación, la tierra describe una orbita elíptica casi circular. Su eje de rotación esta inclinado respecto a esa orbita. Como la estación espacial es en realidad una nave, tú puedes viajar en ella, para observar

7 los movimientos de la tierra desde diferentes posiciones, lo cual te ayudara a entenderlos. Desde la estación espacial tú puedes observar los movimientos de translación y rotación de la tierra, en su viaje alrededor del sol. En la pantalla de tu computador aparece una imagen como la siguiente: Figura 2. Pantalla de la estación espacial Esta imagen contiene un cuadro de observación, con una leyenda en su parte inferior, la cual describe el modulo en forma resumida, esta leyenda desaparece en cuanto tu inicias las operaciones de control. En el cuadro de observación aparecen de manera simplificada y fuera de escala, tanto el sol como la tierra. En la parte derecha de la imagen aparece un tablero de control con los elementos siguientes: Un control de tres velocidades para la simulación, una vez que ésta se realiza. Figura 3. Control de velocidad Un control que permite colocar la nave (estación espacial) de observación por encima, por abajo o

8 ABORATORIO SOLAR desde un punto frente a la orbita terrestre, para lograr una mejor observación del fenómeno. Figura 4. Control para mover la nave Un conjunto de controles que permiten iniciar los movimientos de la tierra, de suspenderlos temporalmente, o terminarlos y en su caso reiniciarlos nuevamente desde su posición inicial, la cual corresponde al Solsticio de Invierno en el Hemisferio Norte ( 22 de diciembre). Figura 5. Controles Un tablero de despliegue, que permite saber en todo momento la fecha que corresponde a cada posición de la tierra en su recorrido, y la estación del año en la que esta, de acuerdo con su inclinación relativa al sol. Figura 6. Estaciones del año en los hemisferios

9 Figura 7. El tablero de control de la estación espacial. Con estos simples controles tú puedes observar como es que el sol va iluminando las diferentes partes de la Tierra y en especial los casquetes polares a lo largo del año. En particular el control de los movimientos de la estación espacial, para colocarla sobre el ecuador o moverla hacia arriba o abajo del sistema solar, se encuentra en la parte media del tablero de control de la estación, (ver figura 4) y puede ser accionado colocando el cursor sobre él, moviéndolo hacia arriba o hacia abajo con el botón izquierdo del mouse oprimido. Para salir del módulo de la estación espacial y acceder a alguno de los otros dos módulos, se debe utilizar la opción que aparece en la barra superior de la pantalla, el cual genera como respuesta un pequeño menú con los nombres de los otros módulos. Figura 8. Menú de la opción Juega Finalmente, para salir del juego, se utiliza el botón superior de la esquina derecha, marcado con el icono estándar de salida. Estación terrestre

10 El segundo módulo llamado estación terrestre te permite acercarte a la Tierra y ver directamente su Mapamundi en el que puedes observar el movimiento del día y la noche como efecto de la rotación de la Tierra y la posición del Sol respecto a esta. Desde la estación terrestre tú puedes observar, como la noche y el día se desplazan de derecha a izquierda, dando lugar a los usos horarios, creados por los hombres para asociar el movimiento de rotación, con el paso del tiempo. Desde la estación terrestre tú puedes observar también los cambios que las extensiones del día y la noche tienen a lo largo del año, como efecto directo del movimiento relativo del sol, desde el Hemisferio Sur (solsticio de invierno) hasta el Hemisferio Norte (solsticio de verano) y de regreso. La pantalla de observación de la estación terrestre, representa a la Tierra con un Mapamundi, en lugar de un globo, para simplificar la representación de los cambios de iluminación conforme avanza el tiempo. Existen dos modalidades para observar el avance del tiempo: por horas y por día. Cuando el avance del tiempo se da por horas, se observa el avance de la noche y del día junto con el cambio de usos horarios, a partir de la fecha dada por el usuario, o en su caso por la fecha existente en el reloj de la computadora. Cuando el avance se hace por días a partir de una cierta fecha, es posible observar el cambio de la forma de la zona iluminada y de la zona obscura, en la medida que pasan las semanas y los meses y el Sol se mueve de un hemisferio al otro. En la figura siguiente aparece la pantalla de observación de la estación terrestre.

11 Figura 9. Pantalla de observación de la estación terrestre. En ella aparece el Mapamundi, con los 24 meridianos que definen los usos horarios. A la derecha, esta el tablero de control, el cual tiene en su parte media, las cajas que permiten definir el mes y el día, a partir del cual se desea observar los movimientos día-noche. La caja adicional para la hora, permite fijar la sombra de la noche respecto al Meridiano de Greenwich, el cual pasa por la Ciudad de Londres en Inglaterra. Así por ejemplo, si la hora que damos es las 6 AM. estaríamos diciendo, que esta por amanecer en Inglaterra y en todos los lugares de la Tierra que están a su derecha, es decir, al Este de ese país, sería de día, mientras que en todos los que están al Oeste sería más temprano, es decir, de noche, tal como se observa en la figura 10.

12 Figura 10. El día y la noche del 21 de marzo, 6 AM tiempo de Greenwich. Adicionalmente es importante mencionar que para los lugares cuyo horario es posterior a las 12 de la noche, un nuevo día se ha iniciado. Por ello mientras en la Ciudad de México son las 23 horas, su fecha es 20 de marzo, mientras que en la región a su izquierda la fecha es ya 21 de marzo. El tablero que aparece abajo del Mapamundi, se genera automáticamente, como respuesta a la especificación de dos ciudades (Londres y México en nuestro caso) y de la hora en la primera de ellas. Con los elementos de control que se encuentran en la parte inferior del tablero de la estación terrestre y que aparecen en la Figura 11, es posible observar el avance del día y la noche, hora a hora si se escoge la opción, o de día en día si se activa la opción. Figura 11. Controles de avance día noche.

13 Una vez hecha esta selección, al accionar el segundo botón, da inicio el movimiento seleccionado (por hora o por día). Cuando se usa la opción de día a día, las horas carecen de importancia y se observa el fenómeno, como si cada día se tomara una foto a la misma hora (13 horas, tiempo de Greenwich), observando como la zona iluminada cambia de forma, de manera que en el solsticio de verano domina claramente el Hemisferio Norte, mientras que en el solsticio de invierno, el área iluminada es mayor en el Hemisferio Sur. Figura 12. Iluminación solar correspondiente al solsticio de verano. La pantalla de la estación terrestre cuenta con una facilidad adicional, para el estudio de los husos horarios, la cual permite observar el vuelo de algún avión entre dos ciudades de la Tierra que nosotros seleccionemos. Para este fin, el tablero de control de la estación, cuenta con la opción vuelos en su parte superior. Al activar esta opción, el tablero nos permite establecer los nombres de las ciudades de origen y destino del vuelo, así como la fecha y hora de salida, las cuales quedan registradas en el tablero de consulta colocado abajo del Mapamundi, en el que aparecen las ciudades seleccionadas

14 Figura 13. Inicio de un vuelo entre México y Atenas el 11 de Julio. Al iniciar el vuelo la hora del avión corresponde con la de la ciudad de salida (12 horas), sin embargo en Atenas son las 20 horas, en ese mismo momento por la diferencia de husos horarios. Para iniciar y hacer pausas durante el vuelo, se utilizan los mismos botones de control empleados para controlar el avance de los días y las horas, mencionados anteriormente. Durante el vuelo podemos observar como, mientras el avión avanza en su ruta de Oeste a Este, los husos horarios y con ellos el Sol avanzan en sentido contrario, por lo que el avión llega a su destino el día siguiente a las 13 horas, no obstante que el tiempo total de vuelo es de solo 16 horas. El avance es totalmente distinto durante el vuelo de regreso, en virtud de que los Husos horarios se mueven en la misma dirección que el avión. Si observamos con detalle el mapamundi que hemos empleado, podemos percatarnos que su eje central esta entre Inglaterra y Francia, lo cual es sumamente cómodo para el seguimiento de vuelos que viajan entre Europa y América, o entre Europa y Asia, pero no cuando se trata de vuelos que deben cruzar el Océano Pacífico. Por ello, el mapamundi cuenta con una facilidad de escrolling en su parte inferior.

15 En la figura siguiente se observa un avión en vuelo de NuevaYork a Tokio. Figura 14. Vuelo de Nueva York a Tokio en la estación terrestre. Observatorio solar En el tercer módulo, llamado observatorio solar, tú puedes observar la bóveda celeste desde cualquier punto de la Tierra y seguir la trayectoria del Sol desde que amanece hasta el anochecer. Con un poco de tiempo y cuidado tu puedes trasladarte a diferentes ciudades y lugares de la Tierra para observar este fenómeno, y constatar que en buena parte de los casos la trayectoria del Sol es diferente, y que de hecho existen también diferencias de unas fechas a otras, aún para el mismo lugar. Todo esto y más te resultará fascinante en la medida que juegues y explores el planeta, con el Laboratorio Solar. En su tablero de control y observación, tú puedes seleccionar la ciudad en la que deseas observar la bóveda celeste con los movimientos del Sol durante el día. Como respuesta a tu selección el observatorio te indica su latitud medida en grados. Figura 15. Ciudad de México y su latitud en el tablero de control del observatorio solar. En algunos casos tú puedes seleccionar también algunos lugares que no son ciudades, tal es el caso del Ecuador o de los Círculos Polares Ártico y Antártico. Igualmente tu puedes referirte a una

16 determinada latitud y observar que pasa en ella, esto se hace indicando directamente esa latitud en la caja respectiva. Como sabes las latitudes se miden a partir del Ecuador (Latitud 0 ) hacia los polos, las latitudes del Hemisferio Norte se indican con números positivos decimales; también es costumbre agregar la leyenda Norte, Latitud Norte, o simplemente N. Para el hemisferio Sur se usan números negativos decimales, o bien números positivos seguidos de alguna de las leyendas Sur, Latitud Sur o S. En el laboratorio solar utilizamos la convención de números negativos para este caso. Además de seleccionar el lugar, el tablero de control te permite también seleccionar el día de la observación, utilizando las cajas de mes y día que aparecen en la figura. En los casos particulares de los equinoccios y los solsticios, estos pueden ser seleccionados directamente, utilizando los botones que existen en la parte media del tablero. Figura 16. Elección de fechas en el tablero de control del observatorio solar. Al encender el Observatorio, éste está calibrado a la Ciudad de México (latitud: ) mientras que la fecha es tomada del reloj de la computadora. La calibración inicial puede ser modificada, siguiendo los procedimientos de selección ya descritos de lugar y fecha. En la figura siguiente aparece la pantalla del observatorio solar con la trayectoria del Sol correspondiente al solsticio de verano en la Ciudad de México.

17 de observación y tablero de control y consulta del observatorio solar. Figura 17. Pantalla Es importante señalar que si nosotros nos acostáramos mirando al cielo, con nuestra cabeza orientada hacia el Norte, el Este quedaría ubicado hacia nuestra izquierda y el Oeste hacia nuestra derecha, contrariamente a la convención de los mapas donde el Este queda normalmente a la derecha. Esta aparente contradicción se debe a que los mapas son generados suponiendo que quienes los utilizan, lo hacen mirando hacia abajo con el mapa debajo de sus ojos, esta misma convención ha sido usada en el laboratorio solar, aun sabiendo que si viéramos lo que sucede en el cielo, el este y el Oeste estarían invertidos. Como se observa en la figura, el observatorio cuenta con una imagen debidamente referenciada de la bóveda celeste, en la cual es posible observar los aspectos siguientes. Punto preciso por el que aparece el Sol y la hora del amanecer. Punto preciso por el que se oculta el Sol y hora de su ocultamiento. Trayectoria seguida por el Sol desde que sale hasta su ocaso y tiempo transcurrido entre ambos.

18 Elevación máxima del Sol sobre el horizonte. Estos datos aparecen directamente en la parte inferior del tablero de control y pueden ser consultados a partir de que se activa el movimiento del sol utilizando el botón de activación en la parte central del tablero, el cual aparece en la figura siguiente: Figura 18. Botón para activar al sol y tabla de datos. Una vez iniciado el movimiento del Sol en la bóveda, en la parte inferior del tablero se despliega la siguiente información: La hora local de la salida del Sol, la hora del día a la que corresponde la posición desplegada del Sol a lo largo de su trayectoria, la hora de la puesta del Sol. El tiempo que transcurre desde que el Sol despunta, hasta el instante en el que el Sol termina de ocultarse. El tiempo que transcurre desde el instante en el que concluye la salida del Sol hasta que se inicia la puesta del Sol. La altura máxima que el sol alcanza sobre el horizonte, en todo su recorrido por la bóveda celeste y la radiación total acumulada que se recibe en el lugar, por cada metro cuadrado de superficie. Este ultimo dato esta asociado a la cantidad de calor que se puede sentir en el lugar, para la fecha seleccionada, aunque en este fenómeno inciden otros factores como la altura sobre el nivel del mar, la nubosidad, la humedad relativa y la existencia de vientos. La Información desplegada, al igual que la trayectoria del Sol, se mantienen hasta que se realice un cambio en la fecha, o en el lugar de observación. En la parte inferior del tablero existen dos botones adicionales. Uno de ellos tiene la leyenda. Al activarlo aparece la gráfica de la radiación solar correspondiente al lugar y la fecha seleccionados, siempre y cuando la trayectoria del Sol sea desplegada previamente.

19 Figura 19. Grafica de la radiación solar. En la gráfica de radiación de la figura 19, correspondiente a la Ciudad de México en el solsticio de verano (22 de Junio) encontramos una zona iluminada de azul, que se refiere a la radiación captada por la estratósfera y la atmósfera terrestre, encima del sitio seleccionado, mientras que la zona roja corresponde a la radiación que llega a la Tierra, todo ello en el supuesto de cero nubosidad a lo largo del día. De la gráfica es posible observar que la radiación alcanza su valor mayor a las 12 del día, aunque las mayores temperaturas se dan entre las dos y las tres de la tarde, por los efectos de acumulación del calor generado. Para cualquier punto de la Tierra la gráfica es muy similar, con la tendencia a ser mas planas y extensas en la medida que la latitud es mayor y con ello la duración del día. El segundo botón, con la leyenda siguiente:, genera una tabla como la que aparece en la figura Figura 20. Tabla para el registro de datos. En la figura aparecen ya registrados los datos correspondientes a las observaciones realizadas para la Ciudad de México, durante el 21 de marzo y el 22 de junio.

20 Esta tabla se abre cada vez que se utiliza la opción registra datos en el tablero del observatorio, y permite registrar la información referente al nombre del lugar, su latitud, la fecha de la observación, y los datos de horas de duración del día, la altura máxima del Sol en grados sobre el horizonte y la radiación acumulada durante el día por metro cuadrado. Para agregar los datos anteriores se utiliza el botón, para eliminar un registro previamente almacenado, se marca este con el cursor y luego se utiliza la opción. De esta manera es posible ir almacenando tanto una memoria histórica de un lugar, como datos comparativos de varios lugares. Al salir del Laboratorio Solar, la información registrada en la tabla se pierde, por lo que es conveniente transferirla a otro programa como Excel, antes de concluir la operación del Laboratorio Solar, para ello se utiliza la opción (Ver Figura 20) Aprende más contenida en la tabla. En Aprende más, tu podrás tener acceso a dos videoconferencias de corta duración, en las que podrás conocer la importancia que los movimientos de rotación y translación de la Tierra tienen en muchos de los fenómenos que ocurren en nuestro planeta y cómo el hombre los ha aprendido a usar para medir el tiempo.

21 21 de 21 13/01/ :26 p. m. Soporte al cliente Las opciones de soporte que se ofrecen son: Servicios en Internet donde puede buscar información y referencias adicionales y conectarse con otros usuarios de nuestros productos. Para más información sobre los servicios de soporte y productos consulte nuestro sitio en Internet en: