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viernes, 28 de agosto de 2015

“Alzó su mano, llevaba una vara de medir…”

Astronomía y geometría en la Escuela

Una práctica de Meridiana, astronomía de día,

de Sergio Galarza.

“Alzó su mano, llevaba una vara de medir…”
Párrafo de Biblia Judeocristiana.

Eratóstenes acotó el mundo. Los alumnos ¿pueden medir la Luna?

La Tierra es una esfera o -como se dice en la escuela- un geoide.

¿Cuál es su magnitud? ¿Cuál su diámetro?

Plantear la resolución a este enigma nos permitirá tratar un sinnúmero de temas: historia, filosofía, geografía, óptica, astronomía, geometría, matemáticas… Propongo que se plantee el desafío de medir el mundo y que se destine cierto tiempo para razonar sobre una posible solución. La respuesta puede anidar en las proporciones que guardan entre sí triángulos rectángulos, en gentes que se sientan y se paran, y quizá en otros métodos.

La primera mención, a un sabio que midiera el planeta, remonta unos 2.300 años atrás, al 275 AC. Se atribuye la proeza a Eratóstenes. Este Matemático y Astrónomo nacido en Cirene, Grecia, fue gran amigo de la mente más gloriosa de la especie humana, Arquímedes. Ojalá conociéramos la obra de estos genios que jugaban con cuerdas, nudos, varas, arena.

Eratóstenes, para medir el mundo, razonó así:
Supuso al planeta Tierra como una esfera.
Supuso al Sol, su lejanía y tamaño*, suficientes como para aceptar que los rayos de luz incidan paralelos sobre el planeta.
Aceptadas estas licencias puede explicarse que, sobre diversas latitudes terrestres, la irradiación solar no incida con un mismo ángulo respecto al piso**.

Desarrollo de la idea:
Si sobre dos localidades cualesquiera, durante una misma jornada, el sol incide en diverso ángulo es porque esas localidades no están situadas sobre un plano. Puede aceptarse que estas localidades están situadas sobre la superficie de una esfera o cilindro; en suma, que entre ellas media una curvatura espacial.

Las imágenes son más claras que las palabras:



La leyenda:

Eratóstenes trabajaba como responsable de la Biblioteca de Alejandría; allí hizo lectura de un texto que asegura lo siguiente: sobre la ciudad de Asuán (hoy Siena), en el día del solsticio vernal, las columnas no proyectan sombra y puede verse el fondo de los pozos de agua.

Si esta lectura llamó la atención a Eratóstenes fue porque en su amada Alejandría el día del solsticio -y cualquier otro día del año- todos menhires arrojaban sombra. Es decir, en Alejandría, todas las columnas, palos, varas y hombres, así como la mujeres y niños; todos, insisto, siempre, arrojan sombra, que por algo decimos que Grecia es la cuna de la democracia.

Extasiado con la buena nueva, el genio comprendió que podía medir la Tierra. Lo hizo así:
Clavó un palo perpendicular (gnomon) al piso en su ciudad. En Asuán -ya lo sabía- un gnomon similar no proyectaría sombra el día solsticial de verano (o se veían los pozos iluminados, es lo mismo).
Midió el ángulo σ que la sombra formó con su gnomon plantado.

Imaginó una recta que continuara a su palo hasta el centro de la Tierra; allí, esta se cruzaría con la recta que continuara al pozo de Asuán formando un ángulo α.

Luego, el ángulo α que en el centro de la Tierra forman las rectas imaginarias al cruzarse, será el ángulo que define el arco que separa una ciudad de la otra, es decir, α es una proporción de la distancia entre ambas localidades. Y, como por definición una recta que corta dos paralelas crea ángulos internos alternos iguales, al medir el ángulo de la sombra del gnomon, Eratóstenes medía en realidad el ángulo central que crea el arco que separa las ciudades: es decir

α = σ

Lo único que faltaba medir para conseguir el tamaño de la Tierra era ese arco, es decir la distancia D entre Asuán y Alejandría.

Luego: D es a α como la circunferencia terrestre es al ángulo interno del círculo.

Es decir: D/α = circunferencia terrestre/ 360°


La práctica en el colegio puede hacerse con un gnomon en el patio, previo acuerdo con una escuela situada en distinta latitud geográfica. Ambos grupos pueden conocerse y colaborar para alcanzar un resultado tan especial como la correcta mensura de la Tierra.

Una alternativa o complemento importante es el siguiente: tomar un balón o inflar un globo. La clave es que se desconozca el diámetro del mismo.

Iluminar con una luz focal, o dirigida (un spot de escenario, por ejemplo).

Pegar sobre la esfera o el globo un par de pequeños alfileres o gnómones de cartulina. Medir las diversas sombras y calcular los ángulos que las generan.

Calcular el diámetro y la circunferencia de los modelos.

Verificar los cálculos con la lectura real.

Listo, a festejar, han medido el mundo.

Creo que un alumno que lea por su cuenta la Tierra se inviste con un aura, como el ángel de la biblia, el que en su mano alzara una vara de medir.

*Que la sombra de la Tierra cubra a la Luna; y que el Sol quede eclipsado a su vez por esta, son indicios de que el Sol pueda ser imaginado como mucho más grande que ambos astros y lo suficiente lejano.

**Recordemos que el sitio del observador es un punto en el centro de un plano -o área supuesta plana- acotada por el horizonte del observador.


Sergio Galarza.
Didáctica de la astronomía y ciencias.

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