La Tierra
Integrantes:-Cristian Droguett
-Javier González
-Fernando Sepúlveda
Asignatura: Física Electivo
Introducción
Se dice que en la antigüedad se creía que la Tierra era
plana. Ello no nos extraña pues es una impresión
bastante natural. Se dice también que habría sido mérito
de Cristóbal Colón el haber descubierto que se trataba
de un cuerpo esférico. Esto último es completamente
falso. Como veremos, mil años antes los griegos lo
sabían y habían medido su radio con bastante exactitud.
También veremos los distintos comportamientos de la
tierra su dinamismo y sus orígenes entre otras cosas.
Un poco de historia y matemáticas
Como lo pronunciamos en el comienzo sobre la tierra, los griegos habían
advertido su esfericidad en la sombra que proyecta sobre nuestro satélite
durante los eclipses lunares. Por otra parte, el mismo Aristóteles (384-322
AC.) había reparado en que desde lugares ubicados a grandes distancias no se
veían las mismas estrellas, lo cual ponía en evidencia el hecho de que la Tierra,
al menos, no era plana. Posteriormente, el gran sabio Eratóstenes (276 – 194
AC), que nace en Siena pero vive en Alejandría, Egipto, midió su radio con
bastante precisión.
Según se cuenta, la forma en que hizo esta proeza fue la siguiente: en cierta
fecha (21 de junio), estando él en la ciudad de Siena (que hoy se llama Aswan),
observó que a mediodía los rayos del sol entraban en un pozo en forma
completamente vertical, sin proyectar sombra alguna. Al año siguiente, en
Alejandría, clavó una estaca en forma vertical, observando que en la misma
fecha y hora, ella proyectaba una sombra que formaba un ángulo de 7,2°,
como en la figura.
Debido a que sabía que el Sol estaba muy lejos, ello le permitió
concluir que la Tierra era esférica y, a partir del conocimiento de la
medida del ángulo y de la distancia entre las dos ciudades,
haciendo algunas consideraciones geométricas simples, calculó el
radio de nuestro planeta. Se cuenta que encargó medir la distancia
entre las dos ciudades contando las vueltas que, en un viaje entre
ellas, daba una rueda de perímetro conocido.
Veamos cómo Eratóstenes razonó
para hacer este cálculo. Ayudados
de la figura 2 podemos ver que el
ángulo que determina la sombra de
la estaca en Alejandría es , que
corresponde también al ángulo que
se forma en Siena (S), el centro de
la Tierra (C) y Alejandría (A).
Si R es el radio de la Tierra y L el
arco de circunferencia
correspondiente a la distancia entre
las dos ciudades, entonces, R,
podemos considerando que el Si consideramos que = 7,2° y que L =
perímetro de una circunferencia de 800 km, entonces, reemplazando en 1
radio R es 2 escribir la siguiente podemos calcular R, que resulta ser
relación de proporcionalidad: aproximadamente 6.366 km.
¿es completamente esférico nuestro
planeta?
Fue Isaac Newton quien predijo que la
Tierra, al igual que otros planetas, no
era completamente esférica. En
realidad la Tierra está ligeramente
achatada en sus polos y abultada en el
ecuador, como consecuencia de su
rotación. Para comprobarlo basta hacer
girar una pelota flexible en torno de un
palillo que la cruza.
En el caso de nuestro planeta este
efecto es bastante pequeño y no
cometemos un gran error al
considerarla esférica. Más exactamente
su forma se asemeja a la de una pera y
se denomina geoide, pues el polo norte
es en promedio unos 10 m más alto
que el polo sur y el abultamiento en el
ecuador es de unos 20 kilómetros.
¿cuál será la masa de nuestro
planeta?
La respuesta es fácil: 5,9 1024 kg. Lo que no es
fácil es explicar cómo se obtuvo este valor. Solo
diremos que el mérito de haberla calculado
corresponde a Henry Cavendish (1731 – 1810) y
que lo hizo en base a la ley de gravitación
universal descubierta por Isaac Newton.
¿Cuál es la superficie de nuestro planeta?
S = 4R2
sin considerar las irregularidades debida a los accidentes geográficos,
reemplazando el radio de la Tierra, encontramos que S = 5,1 108 km
¿Cuál es el volumen de nuestro planeta?
Reemplazando el radio de la Tierra, obtenemos V Tierra 1,08 1012
km3.
¿Cuál es la densidad de la Tierra?
Reemplazando en esta
expresión los datos antes
señalados, encontramos que
la densidad global de nuestro
planeta es aproximadamente
5,48 gr/cm3. Lo curioso es
que la densidad de las rocas
que hallamos en su superficie
es bastante menor; en efecto,
en promedio es de 3,3
gr/cm3.
Estructura interna de la Tierra
Todo parece indicar que el núcleo interno es una esfera de unos
1.200 km de radio compuesta principalmente de hierro y níquel
en estado sólido. El núcleo externo que le rodea, también
compuesto de los mismos materiales, posee un espesor de unos
2.200 km, pero está en estado líquido. Le sigue el manto, con un
espesor de unos 2.200 km compuesto mayoritariamente de
rocas silíceas sólidas. La litosfera, que significa esfera de rocas y
que es por donde caminamos, posee en promedio apenas 40 km
de espesor y está constituida principalmente por silicio, hierro y
magnesio; también flota sobre el manto interno de material
fundido en permanente movimiento debido a corrientes de
convección.
La atmósfera, la hidrosfera y la
biosfera
La atmósfera es una delgada capa de gas que rodea a
nuestro planeta. Su altura respecto del nivel del mar se
estima en unos 80 kilómetros.
La atmósfera está actualmente compuesta
principalmente por nitrógeno. A nivel del mar, sin
considerar el vapor de agua, encontramos un 78,1 %
de nitrógeno y un 20,9 % de oxígeno, mientras que el
2 % restante corresponde a otros gases.
•A la atmósfera se la puede
dividir en varias capas. La
más baja y más densa, que es
donde normalmente
respiramos, se la denomina
troposfera, sobre ella se
encuentra la estratosfera y
más arriba la mesosfera, en
donde el aire está muy
enrarecido. Más arriba aún
está la ionosfera (no
representada en la figura)
La hidrosfera, constituida por los océanos, lagunas y
ríos, cubre aproximadamente las tres cuartas partes de
la superficie terrestre y se encuentra principalmente en
estado líquido.
La biosfera, o esfera de vida, es aquella en que existen las
condiciones para que la vida vegetal y animal se
desarrolle y contempla la parte superior de la litosfera,
la hidrosfera y la parte baja de la atmósfera.
Origen y evolución de la Tierra
Según los geólogos, que son los científicos que estudian nuestro planeta, éste
se habría formado hace unos 4.650 millones de años. Esta edad se ha podido
determinar por medio de métodos basados en la desintegración de isótopos
radiactivos, forma de datación de gran importancia. Como veremos más
adelante, existen buenas razones para pensar que el Sol y todos los astros que
le rodean, incluida la Tierra, se formaron casi simultánea y en un mismo
proceso.
De un anillo que rodeaba a nuestro Sol, también en proceso de formación,
parte de la materia que lo constituía se aglutinó para formar lo que ahora es la
Tierra. Durante este proceso el planeta tenía un aspecto muy diferente al que
posee hoy. Predominaban las altas temperaturas, las rocas fluían como lava
volcánica por todos lados, no había océanos y una atmósfera inestable
formada de gases que emanaban los volcanes se perdía en el espacio.
Como en el resto del sistema solar la
conmoción era similar, y el anillo que
rodeaba al Sol aún era significativo, caía
a nuestro planeta una gran cantidad de
materia proveniente del espacio. En
efecto, su superficie era
permanentemente bombardeada por
meteoritos y cometas. Estos últimos
traían gran cantidad de agua en forma
de hielo, la cual poco a poco fue
enfriando la superficie y, al evaporarse,
formó una espesa nube que ocultó al
Sol y las estrellas. Cuando la
temperatura de las rocas superficiales
descendió lo suficiente, estas nubes
produjeron la lluvia más grande que
podamos imaginar: un verdadero
diluvio.
•En un corto período este paisaje infernal cambió significativamente y el planeta adquirió
un aspecto similar al que le conocemos hoy. Se formó un gran océano, un gran
continente y una atmósfera diáfana que permitía la llegada de la luz solar. Pero en las
rocas de ese continente (que hoy llamamos pangea) y en las aguas de ese océano
primitivo aún no había vida, y la atmósfera prácticamente no contenía oxígeno. Sin
embargo, el escenario para la vida ya estaba listo. Posiblemente el pangea, es decir, los
continentes que hoy conocemos, estaban agrupados
Origen de la vida
Los bioquímicos, que por muchos años estuvieron intrigados por el origen de la vida
en nuestro planeta, han llegado a la conclusión de que ella se originó casi
inmediatamente después de un gran diluvio. Han podido constatar, reproduciendo en
el laboratorio las condiciones de ese período, que la vida surge sin mayor demora.
También es importante saber que el oxígeno que hoy constituye alrededor del 20% del
aire atmosférico a nivel de su superficie, fue aportado originalmente por las primeras
plantas verdes a través del proceso de fotosíntesis. Hoy, en un sorprendente equilibrio
que por negligencia los seres humanos podemos romper con nefastas consecuencias,
las plantas continúan aportando oxígeno y los animales superiores lo seguimos
utilizando en el proceso de respiración.
Es interesante saber que los cambios que hemos descrito tuvieron lugar solo al nivel de
la superficie del planeta: su corteza. Desde aquellos tiempos, su interior, aparte de
enfriarse un poco, ha permanecido prácticamente igual. Por otra parte, este proceso,
particularmente la llegada de materia del espacio en forma de meteoros, meteoritos y
cometas, aún no ha terminado, solo se ha reducido su frecuencia a un nivel que no
implica gran peligro para nuestra civilización. Otro hecho muy interesante sobre el que
debemos reflexionar, es que el agua de la cual esta hecho nuestro organismo, la que
bebemos y aquella en que nos bañamos, alguna vez formó parte de cometas que hoy
ya no existen.
El dinamismo del planeta
la deriva de los continentes continúa. Así, en el
atlántico, América y África se separan alrededor de 1
cm por siglo. Hay también un centenar de volcanes
activos que liberan poco a poco el calor interno del
planeta. Innumerables fallas geológicas muestran cómo
ciertas placas de la corteza se deslizan unas contra las
otras, formando nuevas cadenas montañosas.
lo que ocurre en nuestro país, donde la placa oceánica
de Nazca se introduce bajo la placa continental.
•Toda esta actividad se pone en evidencia a través de una
actividad sísmica permanente. De vez en cuando, cuando los
sismos son demasiado grandes, terremotos y tsunamis producen
gran destrucción y mortandad. Nuestro país es altamente sísmico
y cada cierto número de años suele haber un terremoto de
grandes proporciones.
Escalas de Mercalli y de Richter
La más antigua es la
escala de Mercalli, en la
cual se expresa el grado
de destrucción de un
sismo por medio de
números romanos del I
al XII. Esta se determina
realizando un estudio del
sismo por medio de la
sensación percibida por
la gente, pues expresa la
energía total liberada en
él.
Escala de Richter
La otra es la escala de
Richter, que va de 0 a 10
grados. Es una escala que
crece en forma potencial,
representa la energía
liberada en el sismo, y se
registra por medio de un
sismógrafo.
¿Qué tipo de ondas sísmicas existen?
Básicamente dos: las longitudinales (u ondas P), en
que el terreno se mueve horizontalmente, y las
transversales (u ondas S), en que el suelo sube y baja.
El tipo de onda que se produce en un sitio depende
de la posición y lugar en que se origina el sismo; es
decir, del epicentro y del hipocentro; o sea, de la
profundidad en que se produce el sismo.
¿Cómo funcionan los sismógrafos?
Existen varios tipos, pero
describiremos aquí el más
común; uno que funciona en
base al principio de inercia y
que es relativamente fácil de
construir. Basta colgar, a
modo de péndulo, una masa
de unos cuantos kilogramos
y, con un sistema mecánico,
amplificar el movimiento de
la masa.
Los movimientos de la Tierra y la
precesión de las estaciones
la sucesión del día y la noche y el movimiento de los astros en el
cielo se explican diciendo que la Tierra rota en torno de su eje,
que la cruza de polo a polo, aproximadamente en 24 horas. El
cambio de estrellas que se producen de una época del año a otro
se explica por el movimiento de traslación de la Tierra alrededor
del Sol, en aproximadamente un año. Suele decirse también que
la órbita de la Tierra alrededor del Sol es elíptica, encontrándose
más lejos del Sol en cierta época del año y más cerca en otra,
explicando así el fenómeno de las cuatro estaciones del año.
También se dice en algunas partes: la Tierra está más lejos del Sol
en el invierno que en el verano. En esto hay un profundo error.
Si bien es cierto que la órbita terrestre es elíptica y que en algunas
fechas estamos un poco más lejos del Sol que en otras, esto no
explica el cambio de clima a través del año.
Otro tipo de movimiento
El eje terrestre también se mueve
rotando sobre sí mismo.
Pero tarda alrededor de 27 mil años
en dar una vuelta, por lo cual, cada
13 mil años las estaciones se
invierten.
Experimenta también algunas
vibraciones o nutación, en períodos
más breves. La mejor manera de
visualizar estos complejos
fenómenos es observando con
atención los movimientos que
experimenta el eje de un trompo de
juguete.
Ejercicios PSU
1- Los efectos en un terremoto, son
medidos a través de:
a) La escala Mercalli que mide magnitud
b) La escala Richter que mide magnitud
c) La escala Mercalli que mide intensidad
d) La escala Richter que mide intensidad
e) Ambas escalas
Respuesta: C
2- El transbordador espacial regresa a nuestro
planeta después de su última misión, entonces cruza
la atmósfera en el siguiente orden:
a) Troposfera - Estratosfera - Mesosfera - termosfera
b) Estratosfera - Termosfera - Mesosfera - Troposfera
c) Termosfera - Mesosfera - Estratosfera - Troposfera
d) Mesosfera - Termosfera - Estratosfera - Troposfera
e) Estratosfera - Troposfera - Mesosfera - Termosfera
Respuesta: C
3- El campo magnético de la tierra se
produce en:
a) El núcleo interno
b) El núcleo externo
c) El manto interno
d) El manto externo
e) La corteza
Respuesta: B
4- El campo magnético de la tierra se debe a la
presencia de ........... en su interior.
a) Hierro
b) Níquel
c) Silicio
d) Magma
e) Oxígeno
Respuesta: A
5- Respecto a las ondas P es correcto
afirmar:
I. Son Longitudinales
II. Se propagan solo a través de regiones sólidas y líquidas.
III. Son las primeras en ser detectadas en un registro sismológico.
a) Sólo I
b) Sólo II
c) Sólo III
d) Sólo I y II
e) I, II y III
Respuesta: E
6- respecto a las ondas S es correcto
afirmar:
I. Son Transversales.
II. Se propagan solo a través de regiones sólidas
III. no son detectadas por el sismógrafo
a) Sólo I
b) Sólo II
c) Sólo III
d) Sólo I y II
e) I, II y III Respuesta: D