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SOLUCIONARIO GUÍA ESTÁNDAR ANUAL El universo y el sistema solar
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Solucionario guía El universo y el sistema solar Ítem
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Reconocimiento Reconocimiento Reconocimiento Reconocimiento Reconocimiento Reconocimiento Reconocimiento Comprensión Comprensión Reconocimiento Reconocimiento Reconocimiento Reconocimiento Reconocimiento Reconocimiento Reconocimiento Comprensión Comprensión Reconocimiento Reconocimiento Reconocimiento Reconocimiento Reconocimiento Aplicación Reconocimiento
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Defensa El sistema solar está ubicado en uno de los brazos de la espiral de la Vía Láctea llamado “Brazo de Orión”, a unos 30.000 años-luz del centro y unos 20.000 años-luz del borde.
Claudio Ptolomeo planteó un modelo del universo en el que la Tierra permanece estacionaria en el centro, mientras los planetas, la Luna y el Sol se mueven alrededor de ella. En este modelo, los cuerpos describen órbitas perfectamente circulares y se desplazan con rapidez constante. Nicolás Copérnico publicó un modelo en el que el Sol, y no la Tierra, era el centro del sistema solar, mientras todos los demás cuerpos giraban alrededor de él. Sin embargo, Copérnico continuó creyendo, al igual que Ptolomeo, que los cuerpos se movían con rapidez constante y describiendo órbitas circulares. Por lo tanto: I) Verdadero II) Falso III) Falso
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La primera ley de Kepler establece: “todos los planetas se mueven en órbitas elípticas, con el Sol en uno de sus focos”. El astrónomo norteamericano Edwin Hubble desarrolló por primera vez una clasificación de las galaxias en la década de 1930. Las formas básicas son las siguientes:
Espiral, contienen gran cantidad de gas y polvo. Destacan sus brazos en espiral y su núcleo brillante.
Elíptica, sin detalles estructurales excepto una mayor concentración de estrellas en el centro y una disminución progresiva de luminosidad hacia el borde, que está poco definido.
Lenticulares, se consideran galaxias de transición entre las elípticas y las espirales.
Irregulares, no tienen ninguna estructura ni simetría definida.
Tienen gran cantidad de gas y polvo interestelar y estrellas jóvenes. 5
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El Sol es la estrella más cercana a la Tierra y el mayor elemento del sistema solar. Contiene más del 99% de toda la masa de nuestro sistema planetario. El Sol ejerce una fuerte atracción gravitatoria sobre los planetas y los mantiene girando a su alrededor. El Sol se formó hace 4.650 millones de años y tiene combustible para 5.000 millones de años más. Después, comenzará a hacerse más y más grande, hasta convertirse en una gigante roja. Finalmente, se hundirá por su propio peso y se convertirá en una enana blanca, que puede tardar un trillón de años en enfriarse. Por lo tanto: I) Verdadero II) Falso III) Verdadero
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La Vía Láctea es la galaxia espiral barrada en la que se encuentra el sistema solar y, por ende, la Tierra. Posee un diámetro medio de unos 100.000 años luz (aproximadamente 1 trillón de km). La Vía Láctea gira en torno a su centro, demorando alrededor de 225 millones de años en completar un giro. Por lo tanto: I) Verdadero II) Falso III) Verdadero
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Según la teoría de Laplace, una inmensa nube de polvo y gas estelar comenzó a contraerse por efectos de la fuerza de gravedad, hace aproximadamente 4.650 millones de años. Al mismo tiempo comenzó a girar a gran velocidad, probablemente debido a la explosión de una supernova cercana. La mayor parte de la materia se acumuló en el centro. La presión era tan elevada que los átomos comenzaron a partirse, liberando energía y formando una estrella, el Sol. Al mismo tiempo, en distintos sectores de este “disco de acreción” se fueron generando algunos “remolinos” que, al crecer, aumentaron su gravedad y recogieron más material en cada giro. Estos remolinos de polvo y gas pasarían a convertirse en los planetas que hoy conocemos y que forman nuestro sistema solar. En solo 100 millones de años, el sistema solar adquirió un aspecto semejante al actual. Después, cada cuerpo continuó su propia evolución.
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La primera ley de Kepler plantea que los planetas se mueven alrededor del Sol en órbitas elípticas, con el Sol en uno de sus focos. La segunda ley de Kepler plantea que la línea que une a un planeta con el Sol barre áreas iguales en tiempos iguales. De esta ley se desprende que los planetas giran alrededor del Sol con rapidez variable. La tercera ley plantea que el cuadrado del periodo de cualquier planeta en torno al Sol es proporcional al cubo de la distancia promedio del planeta al Sol, es decir
T2 constante R3 Estas leyes mostraron que el movimiento de los planetas podía ser descrito en términos de relaciones matemáticas sencillas. Por lo tanto: I) Falso II) Verdadero III) Verdadero 9
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La edad del universo se estima hoy en día en poco menos de 13.800 millones de años. El año luz es una unidad de medida utilizada para expresar distancias astronómicas y corresponde a la distancia recorrida por la luz, viajando en el vacío, durante un año. Si la galaxia Andrómeda se encuentra a 2.200.000 años luz de la Tierra, significa que la luz tendría que viajar por el espacio durante 2.200.000 años para llegar a ella. Cabe destacar que una sonda espacial, y en general cualquier sistema que posea masa, no puede alcanzar la velocidad de la luz en el vacío, debido a que se necesitaría energía infinita para acelerarla. Por lo tanto: I) Falso II) Falso III) Verdadero
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El universo es todo lo que existe: materia, energía, espacio y tiempo. Sin embargo, se calcula que cerca del 95% del universo es materia y energía oscura, que no podemos observar. Según el modelo cosmológico del Big Bang, el universo se encuentra en expansión y las galaxias se alejan unas de otras,
cada vez con mayor velocidad. Por lo tanto: I) Verdadero II) Verdadero III) Verdadero 12
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Las estrellas emiten luz propia, debido a las reacciones termonucleares que se llevan a cabo, permanentemente, en su interior. Los planetas, en cambio, no emiten luz propia y aunque bajo determinadas condiciones pueden llegar a verse bastante brillantes en el cielo, solo son capaces de reflejar la luz proveniente de alguna estrella, tal como sucede con la luz del Sol reflejada por la Luna. Así como la Tierra gira alrededor del Sol, nuestra estrella (y todo el sistema solar) gira alrededor del centro de la galaxia. El Sol presenta, por lo tanto, movimiento de traslación en el espacio. La Tierra gira en torno al Sol debido a fuerzas gravitacionales. Pero también la Luna gira en torno a la Tierra debido a este mismo tipo de fuerzas. Tanto las estrellas como los planetas poseen fuerza de gravedad. Pero esta propiedad no es exclusiva de los cuerpos celestes; la fuerza de atracción gravitacional es una propiedad de la materia. Toda partícula atrae gravitacionalmente a cualquier otra, tal como lo expresa la ley de gravitación de Newton. Por lo tanto: I) Verdadero II) Falso III) Falso
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En el siglo XVI Nicolás Copérnico propuso el sistema heliocéntrico, que establece que todos los planetas giran en torno al Sol, el cual se encontraba en el centro. Después de años de trabajo, Kepler concluyó que todos los planetas el sistema solar se movían en órbitas elípticas, con el Sol en uno de sus focos. El planeta más masivo del sistema solar es Júpiter, con una masa equivalente a 317,9 veces la masa de la Tierra. También es el planeta de mayor volumen, con un volumen equivalente a 1.316 veces el volumen de la Tierra. El segundo planeta más masivo es Saturno, con una masa equivalente a 95,2 veces la masa de la Tierra y un volumen de 755 veces el volumen de la Tierra.
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El modelo geocéntrico, propuesto por Claudio Ptolomeo, establece que la Tierra es el centro del universo. En cambio, el modelo heliocéntrico, propuesto por Nicolás Copérnico, establece que los planetas del sistema solar giran en torno al Sol. Por lo tanto: I) Falso II) Verdadero III) Verdadero
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I) Falso. El número de posiciones mostradas no permite deducir el periodo orbital del planeta. II) Verdadero. Por la segunda ley de Kepler, debido a que los tiempos entre una posición y otra son los mismos, entonces las áreas barridas entre una posición y la siguiente son iguales. Así, las superficies achuradas en A y B son iguales. III) Verdadero. Como el planeta demora el mismo tiempo en recorrer la distancia en A y en B (1 hora), si la distancia recorrida en A es mayor, el planeta debe moverse con mayor rapidez para recorrerla. Este hecho es una consecuencia de la segunda ley de Kepler.
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El Sol es la estrella más cercana a la Tierra y el mayor cuerpo del sistema solar. Se creó en el mismo proceso en el que se crearon los planetas del sistema solar, hace aproximadamente 4.500 millones de años. Como toda estrella, el Sol brilla debido a las altas temperaturas producidas por las reacciones nucleares de fusión que suceden en su interior. Por lo tanto: I) Falso II) Verdadero III) Verdadero
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Las estructuras propias de una estrella son: la corona, la cromosfera, la fotosfera, la zona convectiva, la zona radiactiva y el núcleo. Según su tamaño, las estrellas pueden clasificarse como: -
Súper gigantes Gigantes Medianas Pequeñas Enanas
Según su temperatura (de más caliente a más frío) se clasifican
en: 21
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Azules Amarillas Blancas Rojas
Considerando que la trayectoria orbital de un planeta es elíptica y que el periodo de traslación del planeta de la figura es T = 2 años, entonces, el tiempo que le tomará al planeta recorrer desde el punto A hasta el B (la mitad de la elipse) será la mitad de su periodo orbital, es decir, 1 año. Es importante recordar que, por la segunda ley de Kepler, la rapidez del planeta en el afelio (punto más alejado respecto del Sol) es menor que su rapidez en el perihelio (punto más cercano). Así, la rapidez que posee el planeta en el punto B es menor a la que posee en el punto A. De la distancia promedio a la que se encuentra el planeta respecto de la estrella, el encabezado no proporciona información.
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Edwin Hubble descubrió que las galaxias se alejan unas de otras con una velocidad proporcional a la distancia que las separa. Este hecho constituye el enunciado de la “ley de Hubble”, propuesta por el astrónomo estadounidense en el año 1929, y es considerado como la primera evidencia observacional de la expansión del universo y una importante prueba de la existencia del Big Bang. Una estrella nace cuando se acumula una gran cantidad de materia (principalmente hidrógeno) en un lugar del espacio, rota, se comprime y se calienta hasta comenzar una reacción termonuclear en su interior, que convierte el hidrógeno en helio, generando energía en forma de luz y calor. Por la tercera ley de Kepler, sabemos que todos los planetas cumplen con la relación
T2 constante R3 Siendo T el periodo de traslación del planeta, R su distancia media a la estrella y en donde el valor de la constante es el mismo para todos los planetas que giran en torno a una misma estrella. Considerando los datos del encabezado tenemos que, para el planeta A:
T2 constante R3
Y para el planeta B:
TB2 TB2 constante (4 R)3 64 R3 Como para ambos planetas la constante es la misma, entonces:
TB2 T2 R 3 64 R 3 T 2 64 R 3 TB2 R3 TB2 64T 2 TB 8T 25
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Dentro de los planetas del sistema solar Mercurio y Venus (los dos más cercanos al Sol) son los únicos que no poseen satélites naturales. La Tierra es el planeta que posee el menor número de satélites naturales, con uno solo, la Luna. En cambio, Júpiter es el que posee un mayor número de ellos, con 50 satélites.