Interacciones Dinámicas del Planeta Tierra

Movimientos de la Tierra

La tierra tiene principalmente dos movimientos, uno de rotación y otro de traslación. Los períodos de estos dos movimientos suministran las dos unidades naturales de mayor utilidad, el día y el año.

  a. Movimiento de Rotación:

Lo realiza la Tierra alrededor de su eje polar, dura 23 horas, 56 minutos y 4,09 segundos, dando origen al día como unidad de tiempo, sucesión del día y de la noche, achatamiento y abultamiento de los polos de ecuador respectivamente.

Las Pruebas de este movimiento giratorio de la Tierra son:        

  * El Péndulo de Foucault: Foucault (1819-1868) ideó la primera demostración práctica de la rotación de la Tierra mediante su conocido péndulo, que consistía en una bala de cañón suspendida de la cúpula de panteón de París`. Un delgado puntero, en la parte inferior del péndulo, fue trazando las oscilaciones en una capa de arena. Dado que el péndulo, al balancearse, se mueve en un plano constante, causó sorpresa ver que los trazos en el arena giraban 360 grados en 31 horas.

La explicación era sencilla: La rotación de la tierra debajo del péndulo daba origen a la rotación aparente marcada en la arena. Si se suspendiese un péndulo como el de Foucault precisamente encima del polo geográfico, el círculo de trazos se completaría en 24 horas exactamente.

  * La trayectoria aparente de los satélites artificiales puede suministrar otra prueba de la rotación de la Tierra. Un satélite se parece a un péndulo   en que mantiene invariable el plano de su órbita. Imaginemos un satélite que pasa sobre los polos tardando 2 horas en dar una vuelta completa. Si en la primera vuelta pasa por encima de Caracas, en la segunda pasará sobre México (que está a 30 W respecto a Caracas) y en la tercera sobre Vancouver; la órbita no ha cambiado, pero la rotación de la Tierra origina el aparente desplazamiento del satélite hacia el oeste.    

  b. Movimiento de Traslación

La Tierra realiza una traslación completa alrededor del Sol en 365 días (exactamente en días, 5 horas 48 minutos y 46 segundos). Se mueve sobre una órbita ubicada en una plano imaginarlo llamado ‘’Eclíptica’’. El eje de rotación forma, con la eclíptica, un ángulo de 66 30.

El tiempo que la Tierra tarda en completar una vuelta completa alrededor del sol se denomina año   tropical y tiene una duración de 365 días, 5 horas, 48 minutos y 45,68 segundos; es decir, existe una diferencia de casi 6 horas entre el año del calendario y el año tropical. Por ello, en un tiempo de cuatro años esta diferencia completa 24 horas aproximadamente, por lo que se le agrega un día más al mes de febrero cada cuatro años, año denominado bisiesto, corrigiendo así el calendario respecto al año tropical.

Por el efecto Doppler determinan los astrónomos si la Tierra se dirige hacia un grupo de estrellas o se aparta de él; analizando la luz; ésta parece más azul cuando nos acercamos a ella y más roja al alejarnos. Así, el efecto Doppler permite saber en qué dirección se mueve nuestro Planeta. El lento desplazamiento de las constelaciones

hacia el oeste, noche tras noche, es un efecto o consecuencia de la traslación de la Tierra alrededor del Sol, pero no una prueba.

                    Rotación: Es el movimiento que se realiza al girar sobre sí mismo.

    Traslación: Es el Movimiento que se realiza al girar en torno al sol. El camino que recorren recibe el nombre de órbita.

Velocidad de la rotación de la Tierra y su duración del día.

Por extraño que parezca, el período de traslación terrestre tiene una fijeza más segura que el de rotación. Se ha demostrado que el período de traslación ha permanecido invariable en todo el tiempo transcurrido desde que existe la observación instrumental.

Por el contario, se ha demostrado que la duración de los días varía considerablemente en virtud de cambios imprevisibles en la velocidad de rotación de la Tierra, que se hace mayor que la velocidad media, durante algunos años, para luego disminuir con bastante rapidez las causas de tales cambios se atribuyen a disturbios en las partes fluidas del interior del globo o al desplazamiento de las masas de aire en su superficie.

Además de esos cambios irregulares, que afectan el movimiento de rotación, existe la clara evidencia de que el día se hace gradualmente más largo. Este alargamiento se debe a las mareas que actúan como un arrastre que, de un modo constante, disminuye la velocidad de la rotación.

Definición de marea.

Marea, ascenso y descenso periódicos de todas las aguas oceánicas, incluyendo las del mar abierto, los golfos y las bahías, resultado de la atracción gravitatoria de la Luna y del Sol sobre el agua y la propia Tierra.

Mareas lunares.

La Luna, al estar mucho más cerca de la Tierra que el Sol, es la causa principal de las mareas.

Tierra y Luna forman un sistema que se mantiene unido por efecto de la fuerza gravitatoria. Este sistema gira en torno a un centro común separado del centro de la Tierra igual a las 3/4 partes del radio de esta.

Centro de la Tierra

Centro de Rotación

Todo observador situado en el sistema Tierra-Luna experimenta un fuerza que le empuja hacia afuera. Cuanto más lejos esté del centro tanto mayor será la fuerza. También experimenta una fuerza de atracción de la Luna que será mayor cuanto más cerca de ésta se encuentre. Para determinar la resultante se combinan la fuerza centrífuga + la gravitatoria. Así podemos ver que en el centro de la Tierra la fuerza resultante es nula porque la gravitatoria se contrarresta con la centrífuga.

Rotación de La Tierra. El día y la noche.

En la rotación , la Tierra realiza un giro de Oeste a Este alrededor de un eje que apunta a la Estrella Polar. Este eje de rotación no es perpendicular al plano de la eclíptica ( está inclinado 23° 27'). La Tierra tarda en completar un giro, aproximadamente, 24 horas.

Importante: El movimiento de rotación de la Tierra sobre su eje es el causante de la sucesión de los días y las noches.

Aparentemente es el Sol el que se mueve, saliendo por el Este y ocultándose por el Oeste.

The pendulum of Foucault, of the name of the French physicist Jean Bernard Leon Foucault, is an experiment conceived to show the rotation of the Earth, the first demonstration goes back to 1851, the pendulum being attached to the ceiling of the Pantheon of Paris.

http://www.galerie.roi-president.com/

Figura 0. Pendulo de Faucoult, en "El Phanteon", París.

La distancia que hay entre el Sol y la Tierra es tan grande (150 millones de kilómetros) que cuando los rayos del Sol llegan a la Tierra llegan prácticamente paralelos. Como además el eje de rotación de la Tierra está inclinado, la mitad del globo terrestre queda iluminado por los rayos del Sol y en dicha mitad será de día, mientras que la otra mitad quedará a oscuras y será de noche.

Importante : Al estar el eje inclinado, la duración del día y de la noche depende de la posición en la que estemos sobre la superficie de la Tierra.

En el Ecuador siempre hay 12 horas de día y 12 horas de noche.

Figura 1. Duración del día y la noche. 21 de diciembre

La precesión de los equinocios.

Este fenómeno consiste en un lento movimiento parecido al de una peonza. Ocurre que en un ciclo de aproximadamente unos 26 000 años, el eje de rotación de la Tierra va describiendo una figura cónica alrededor de una recta perpendicular al plano de la eclíptica. Así, hace unos 16000 años, el eje terrestre no apuntaba hacia la Estrella Polar sino hacia la estrella Vega.

Precesión del eje terrestre.

3.1.1. Los husos horarios

El tiempo se puede medir por la posición del Sol sobre el horizonte. Pero la hora que marcan los relojes y la  hora solar no coinciden, ya que la hora oficial siempre va adelantada respecto  a la hora solar: una hora en invierno y dos en verano.  De este modo, en invierno, el mediodía solar se produce sobre las 13:00 horas de reloj y en verano sobre las 14:00 horas.

Es mediodía solar cuando el Sol pasa por el sur del horizonte. Debido al  movimiento de rotación terrestre, el Sol se desplaza aparentemente en el cielo de Este a Oeste, y el mediodía solar en cada punto del planeta se produce en un  instante diferente.

Para saber qué hora es en cualquier parte del mundo se utilizan los husos horarios.

Como la Tierra tarda 24 horas en realizar un giro de 360° en el sentido contrario a las agujas de un reloj, cada hora girará 15°.  La Tierrase divide  en 24 husos horarios, cada uno correspondiente a 15 grados de longitud, y todos los puntos que se encuentren en el mismo Uso horario tendrán la misma hora.

El meridiano de referencia es el de Greenwich. Si se quiere conocer la hora en un país,  bastará con sumar -si el país se encuentra al este de Greenwich- o restar -si está a la izquierda- una hora por cada uso horario de diferencia.

Figura 3. Husos horarios

3. Traslación de la Tierra. Las estaciones del año.

La Tierra realiza un movimiento de traslación alrededor del Sol que dura un año, exactamente, 365 días y 6 horas; cada cuatro años se acumula un día, dando lugar a los años bisiestos. 2012 será bisiesto.

Este movimiento de la describe una órbita elíptica . Como el Sol no se encuentra en el centro de esa órbita, la distancia entre el Sol y la Tie rra varía a lo largo del año. El punto más cercano al Sol se denomina perihelio y el más alejado, afelio.

Importante: La traslación de la Tierra junto a la inclinación del eje de rotación, hace que los días no reciban la misma cantidad de luz y se originen las estaciones.

Los rayos solares llegan a cada hemisferio con distinta inclinación según la época del año. Es verano en el hemisferio norte cuando dicho hemisferio está inclinado hacia el Sol. Hace más calor porque hay más horas de Sol y los rayos llegan más verticales a la superficie.

La estación en la que nos encontramos no depende de la proximidad del Sol sino de la inclinación de los rayos solares.

Figura 4. Estaciones del año.http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/profesor/1eso/1.htm

El movimiento de traslación de la Tierra permite distinguir cuatro momentos importantes a lo largo de un año:

Solsticio de invierno. Se produce aproximadamente el 21 de diciembre. El hemisferio norte está menos iluminado; los días duran menos que las noches.

Equinoccio de primavera, que tiene lugar aproximadamente el 21 de marzo, y equinoccio de otoño, el 21 de septiembre. La duración del día y la noche es la misma.

Solsticio de verano. El 21 de junio el hemisferio norte está inclinado hacia el Sol. Es el día más largo y la noche más corta.

http://almez.pntic.mec.es/~jmac0005/ESO_Geo/TIERRA/Html/Movimientos_c.htm

Las estaciones se corresponden con las sucesivas alturas que alcanza el Sol sobre el horizonte en su movimiento anual. En verano, el Sol pasa más alto sobre el horizonte y las temperaturas son más altas; por el contrario, en invierno el Sol pasa más bajo y las temperaturas son más frías.

Figura 5. Recorrido del Sol según las estaciones del año

La altura máxima que alcanzará el Sol en el cielo en cualquier punto de la Tierra dependerá de su latitud y de la época del año:Solsticios de verano e invierno

Veamos qué ocurre en las distintas zonas de la Tierra en el solsticio de verano:

Los puntos de la Tierra que están por encima del círculo P siempre tendrán Sol, con lo cual será de día durante las 24 horas. El círculo P es el Círculo Polar Ártico. Indica la latitud a partir de la cual durante el solsticio de verano el Sol no se pone en todo el día.Los puntos por debajo del círculo P' nunca tendrán Sol, con lo cual siempre será de noche. Al círculo P' se le denomina Círculo Polar Antártico.

En el Solsticio de invierno ocurre lo contrario, no se pone el sol al sur del Círculo Polar Antártico, y no saldrá al norte del Círculo Polar Ártico.

Equinocios de primavera y de verano.

Los días del equinocio de primavera y el equinocio de invierno, los rayos solares caen perpendiculares al Ecuador. Los dos hemisferios están iluminados por igual. los días duran lo mismo que las noches: 12 horas de día y 12 horas de noche.

Figura 6. Día y noche en los círculos polares

4. La Luna

La Luna es el único satélite natural de la Tierra. Al no tener atmósfera, su relieve se mantiene prácticamente intacto desde que se formó, ya que no ha sufrido erosión alguna. Su superficie está llena de cráteres porque en sus orígenes sufrió el impacto de meteoritos.

Tiene dos movimientos, uno de rotación alrededor de su eje, y otro de traslación alrededor de la Tierra. En los dos movimientos tarda el mismo tiempo, aproximadamente 28 días. (Rotación capturada).

http://es.wikipedia.org/wiki/Luna#Movimiento_de_traslaci.C3.B3n_lunar

4.1 Las fases de la Luna La Luna presenta cuatro fases:

•  Luna llena o plenilunio . Desde la Tierra se ve toda la cara iluminada, como un disco brillante.

•  Cuartos creciente y menguante . Solo se ve la mitad de la cara iluminada, un cuarto de Luna.

•  Luna nueva . No vemos la cara iluminada y, por tanto, es como si no hubiese Luna.

La Luna siempre nos presenta la misma cara. Conocemos la otra cara porque los satélites y los astronautas han hecho fotografías de ella. Cuando la Luna está en conjunción, se encuentra en la fase conocida como Luna nueva (1), en la que su lado oscuro mira directamente hacia la Tierra, por lo cual debería resultar invisible. A pesar de esto, es posible observar el disco lunar a causa de la luz solar que la Tierra refleja sobre él; este fenómeno suele denominarse "luz cenicienta".

Durante los días que siguen a la Luna nueva, se suceden fases crecientes (2) en las que el porcentaje iluminado de la cara visible de la Luna aumenta progresivamente, hasta llegar a la fase conocida como cuarto creciente (3) , en la cual puede verse la mitad del hemisferio lunar iluminado.

Las fases crecientes continúan aumentando (4) hasta que una semana más tarde la Tierra se encuentra entre la Luna y el Sol, lo que permite que desde nuestro planeta pueda verse la totalidad del hemisferio lunar iluminado. Esta fase se denomina Luna llena (5) .

Figura 7. Fases de la luna

Durante los días que siguen a la Luna llena, se suceden fases menguantes (6) en las que el porcentaje iluminado de la cara visible de la Luna disminuye progresivamente, hasta llegar a la fase conocida como cuarto menguante (7) , en la cual nuevamente puede verse la mitad del hemisferio lunar iluminado.

Las fases menguantes continúan aumentando (8) hasta que una semana más tarde la Luna se encuentra nuevamente entre la Tierra y el Sol, entrando una vez más en la fase de Luna nueva (1).

4.2 Los eclipses

Definición: Un eclipse es la desaparición total o parcial de algún astro porque otro objeto se interpone entre ellos.

Eclipse de Sol : Se produce cuando la luna se interpone entre la Tierra y el Sol y la luz del Sol no llega a alguna pequeña parte de la Tierra.

Eclipse de Luna : Se produce cuando la Luna entra en la sombra que proyecta la Tierra en el Espacio y no le da la luz del Sol.

Para más información visita la página.

http://fresno.pntic.mec.es/msap0005/2eso/2ESO-anterior/tema_5.htm#recta

Figura 8. Eclipse total de solInclinación de la órbita lunar.

Al estar la órbita lunar inclinada unos 5° con respecto al plano de la eclíptica, solo en determinadas ocasiones los tres astros, el Sol, la Tierra y la Luna se alinean de modo perfecto. Por ello, los eclipses no se suelen dar tan fácilmente.

Según la cantidad de superficie solar que quede oculta, hablamos de eclipse parcial, cuando solo se oculta una parte del disco solar; eclipse total, cuando desaparece todo el disco solar, y eclipse anular, cuando queda al descubierto una especie de anillo solar.

Observa el esquema. Muestra que los dos períodos en los que el fenómeno del eclipse afecta más a un satélite se encuentran próximos a los equinoccios de primavera y otoño, zona de las flechas rojas  : * del 27 de Febrero al 12 de Abril, * del 31 de Agosto al 16 de Octubre.

Figura 9. ¿Por qué no hay eclipses todos los meses?

4.3. Mareas

La Luna ejerce una fuerza de atracción sobre la Tierra , como explicó Newton. Esta fuerza se nota más en los océanos que en el continente, por ser el agua mucho más deformable.

Definición: Las mareas son subidas y bajadas del nivel del mar por efecto de la luna y, en menor medida, del Sol.

Diariamente, en las costas del planeta se producen dos mareas altas o pleamar y dos mareas bajas o bajamar . La amplitud de las mareas depende de la posición de la Luna y el Sol.

Cuando el Sol, la Luna y la Tierra están alineados, la Luna detrás de la Tierra o entre el Sol y la Tierra, la variación del nivel de mar es máxima, porque las fuerzas del Sol y la Luna se unen, dando lugar a las mareas vivas , y cuando están formando 90°, la variación es mínima, originando las mareas muertas.

Visita la página:

http://fresno.pntic.mec.es/msap0005/2eso/2ESO-anterior/tema_7.htm#5.4

http://www.astrosafor.net/Huygens/2005/56/Eclipsesexplicacion.htm

Figura 10. Mareas vivas

Eclipse de luna Se produce un eclipse de luna cuando la luna pasa por alguna parte de la sombra de la Tierra. Esto sucede alrededor de dos veces al año. No ocurre cada vez que la luna pasa por detrás de la Tierra (luna llena) porque la órbita de la luna está inclinada. Nuestro satélite puede estar detrás, pero por lo general también está por encima o por debajo de nuestra sombra.

Un eclipse de sol se puede ver en sólo algunas regiones de la Tierra. En cambio los eclipses de luna se ven igual desde cualquier lugar del planeta en que la luna esté por encima del horizonte al momento de pasar por la sombra de la Tierra. Los eclipses de luna son más democráticos que los de sol.

Si la fuente de luz es el sol, el objeto opaco es la luna y detrás de ésta ponemos a la Tierra,podemos obtener un eclipse de sol.

Eclipse total de sol En la parte de la Tierra por donde pasa la umbra de la luna se ve un eclipse total: la luna tapa completamente el disco solar. En la región que queda sumida en la penumbra (mucho más extensa que la umbra) se ve un eclipse parcial: la luna sólo cubre parte del disco solar.

Eclipse anular Si la luna está un poco más lejos de la Tierra, lo que se proyectasobre ésta es la parte posterior de la umbra,que se llama antumbra(ante-umbra: "adelante de la umbra". Está adelante desde el punto de vista de la Tierra).En las regiones por las que pasa la antumbra se ve un eclipse anular:la luna pasa por enfrente del disco solar, pero no lo tapa por completo.En las regiones barridas por la penumbra se ve un eclipse parcial.

Como la Tierra se mueve, distintas regiones del planeta van pasando por la sombra de la luna. La umbra barre una franja delgada de territorio. En esa franja se verá un eclipse total, o si la luna está más lejos de la Tierra en ese momento, un eclipse anular. La penumbra barre una región mucho más ancha, donde se verá un eclipse parcial. Por eso, si vives en un solo lugar y no te desplazas, es muy raro ver eclipses totales de sol. Muchos astrónomos (y algunas personas con mucho dinero) viajan por el mundo cazando eclipses de sol.

Eclipse anular de sol Si la luna está lejos de la Tierra al producirse el eclipse, su disco no alcanza a cubrir al del sol. Al pasar frente al disco solar, la luna deja descubierta una región en forma de anillo.

Eclipse total Al cubrir la luna por completo el disco del sol se ve la corona solar, que es la atmósfera de nuestra estrella. Los eclipses totales son una buena oportunidad para estudiar la física de la corona solar.

Eclipse de sol: la geometría de tapar el sol con el dedo

¿Quieres ver un eclipse total de sol? Lo puedes hacer cuando quieras: sólo tienes que ponerte detrás de la luna, en su sombra.

Si te pones en la... verás...

umbra un eclipse total

penumbra un eclipse parcial

antumumbra un eclipse anular

La luna siempre tiene sombra (como todo lo que está iluminado). En la sombra de la luna siempre hay elipse de sol, pero sólo en ciertas circunstancias pasa una región de la Tierra por la sombra de la luna.

El único problema es que no es fácil ponerse detrás de la luna cuando la Tierra no te lleva ahí naturalmente. Por lo general, se necesita una nave espacial. A los mortales comunes no nos queda más remedio que esperar a que, por casualidad, nuestra región del planeta acierte a pasar por la sombra de la luna. Eso no sucede todos los días.

Para ver que los eclipses son cuestión de pura geometría (o sea, que sólo dependen de dónde estén ubicadas en el espacio la luna y la Tierra), ponte un pulgar muy cerca de los ojos y mira al sol. Ajustando la distancia del dedo a los ojos puedes tapar el sol con el dedo. ¡Un eclipse digital de sol!