PROYECTO DE DIVULGACIÓN CIENTÍFICA V FERIA …...Traje hermético que usan los astronautas para...

PROYECTO

DE DIVULGACIÓN CIENTÍFICA

V FERIA DE LA CIENCIA DE SEVILLA 2007 10, 11 y 12 de mayo de 2007

- A S T R O N O M Í A -

“Quiero vivir sin escafandra”“Quiero vivir sin escafandra”“Quiero vivir sin escafandra”“Quiero vivir sin escafandra”

Escafandra. Traje hermético que usan los astronautas para salir

de la nave en el espacio.

Asociación Ibn Firnás – I.E.S. Antonio de Ulloa La Rinconada, 1 de noviembre de 2006

La atmósfera terrestre y la vida Quiero vivir sin escafandra

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1 Casco y sistema de comunicaciones. Las luces están montadas sobre el casco para ayudar al astronauta a ver en la oscuridad de espacio exterior. Pequeños tubos dentro del casco canalizan el oxígeno, permitiendo al astronauta respirar. Los auriculares y micrófonos están sujetos por un gorro de tela. Estos elementos ayudan al astronauta a mantenerse en contacto con el resto de la tripulación que se encuentra en la estación espacial y en la Tierra. Una visera chapada dorada protege los ojos del astronauta de los rayos del sol reflejando el calor y la luz. 2 Guantes. Los guantes espaciales están construidos con uniones flexibles y las extremidades son de goma. Esto permite a los astronautas sostener cómodamente sus instrumentos y tener cierta sensibilidad táctil cuando realizan sus trabajos a pesar de las temperaturas extremas de espacio exterior. Los guantes cuentan con varias capas protectoras que en muchos casos no evitan dejar los dedos fríos y con un sentimiento de cosquilleo. 3 Unidad de control y de alertas. Gracias a esta unidad el astronauta puede controlar el aire acondicionado, la radio y el sistema de respiración artificial con sólo pulsar un botón. Cuando es activado el sistema de refrigeración, éste envía agua enfriada por tubos diminutos que se encuentran en el interior de la prenda espacial a todo el cuerpo. 4 Mochila salvavidas. Suministra el oxígeno necesario para la respiración, provee el aire acondicionado, equilibra niveles de presión dentro del traje y sostiene la radio para las comunicaciones en un paseo espacial. Los astronautas controlan el funcionamiento de estos sistemas usando la unidad de control y de alertas que se encuentra en la zona del pecho. 5 Botas. Las botas contienen unos imanes muy fuertes que permiten a un astronauta adherirse al metal para su seguridad. Resultan de mucha utilidad en una reparación realizada en el exterior de una nave.


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Índice

Título del proyecto, 4

Temática a la que se acoge, 4

Objetivos, 4

Justificación teórica, 4

La escafandra proporciona oxígeno, 4

Los radicales libres, 6

La escafandra equilibra la presión, 7

La escafandra protege de las inclemencias externas, 8

Quiero vivir sin escafandra, 9

Relación de actividades, 12

1. Centrales energéticas de las células: las mitocondrias, 12

2. La escafandra de la Tierra, 14

3. Reparando en el exterior, 16

4. La escafandra espacial, 17

5. Presión mágica, 19

6. La patata astronauta, 21

7. Control de la temperatura dentro de un traje espacial, 23

8. Diseño y construcción de cohetes de agua, 25

9. Película: “La Tierra que nunca nos pertenecerá”, 27

10. El oxígeno que tiene el aire, 28


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Título del Proyecto Quiero vivir sin escafandra. Temática a la que se acoge La atmósfera y la vida. Objetivos

El presente proyecto comprende un conjunto de actividades de divulgación relacionadas con la disciplina astronómica e insertada en la temática de “La atmósfera y la vida”.

Nos ocuparemos, principalmente, del traje espacial o escafandra que es la prenda básica e indispensable para realizar cualquier actividad extravehicular y una medida de seguridad para la reentrada en la atmósfera terrestre; pues protege a los seres humanos del calor, el frío, la radiación y la nula presión atmosférica del espacio.

El objetivo general es dar a conocer el funcionamiento de un traje espacial y relacionar los servicios que brinda a sus portadores con la protección que ofrece la atmósfera terrestre a la vida en la Tierra, todo ello mediante demostraciones y experimentos que ayuden a entender los siguientes contenidos:

- Las funciones de las mitocondrias en la célula. El Ciclo del Oxígeno.

- La atmósfera propicia para la vida.

- El espacio: un medio hostil para la vida.

- La presión atmosférica y el vacío.

- Las radiaciones solares. La radiación ultravioleta. La capa de ozono.

- Instrumentos de soporte vital de un traje espacial.

Justificación Teórica La atmósfera es la gran escafandra natural que rodea al planeta Tierra y que nos protege impidiendo la entrada de radiaciones peligrosas del Sol. La atmósfera está formada por una mezcla de gases que se vuelve cada vez más tenue hasta alcanzar el espacio, y el aire en la atmósfera terrestre es esencial para la vida ya que nos permite respirar.

La escafandra proporciona oxígeno.

El oxígeno representa aproximadamente el 21% del aire que respiramos y es esencial para la vida humana, aunque no para toda forma de vida. Los


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organismos anaeróbicos no precisan del oxígeno para vivir, a diferencia de los organismos aerobios.

El oxígeno es un elemento químico de número atómico 8 y símbolo O. En su forma molecular más frecuente, O2, es un gas a temperatura ambiente. Es uno de los elementos más importantes de la química orgánica y participa de forma muy importante en el ciclo energético de los seres vivos, esencial en la respiración celular de los organismos aeróbicos. Es un gas incoloro, inodoro e insípido. Existe una forma molecular formada por tres átomos de oxígeno, O3, denominada ozono cuya presencia en la atmósfera protege la Tierra de la incidencia de radiación ultravioleta procedente del Sol. Un átomo de oxígeno combinado con dos de hidrógeno forma una molécula de agua.

En condiciones normales de presión y temperatura, el oxígeno se encuentra en estado gaseoso formando moléculas diatómicas (O2) que a pesar de ser inestables se generan durante la fotosíntesis de las plantas y son posteriormente utilizadas por los animales en la respiración

El oxígeno es el combustible que transforman en energía las mitocondrias. Las mitocondrias son los orgánulos celulares que se encuentran en prácticamente todas las células eucariotas (poseen un núcleo celular delimitado por una membrana), encargados de suministrar la mayor parte de la energía necesaria para la actividad celular, actúan por tanto, como centrales energéticas de la célula y sintetizan ATP (adenosina trifosfato) por el ciclo del ácido cítrico (de Krebs) y la cadena de transportadores electrónicos o cadena respiratoria. La difusión del oxígeno a los tejidos es posible gracias a una cascada de gradiente de presión, desde el aire ambiental hasta la mitocondria.

En un cuerpo humano hay 1017 mitocondrias que funcionan como pequeñas centrales energéticas y al igual que una central eléctrica de carbón, produce deshechos que dañan a las células. Las mitocondrias cuentan con un sistema de mantenimiento para subsanar problemas, pero cuando el número de mitocondrias dañadas en una célula es importante y cuando el esfuerzo de mantenimiento es mayor al de provecho energético, estas pequeñas centrales deciden cerrar y la vida de la célula termina en una especie de suicidio programado conocido como apoptosis.


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Célula

Los radicales libres

“Los radicales libres son la parte negativa de nuestro amigo el oxígeno. El cuerpo utiliza el oxígeno respirando una bocanada de aire, que se transmite a la sangre y ésta se la lleva a cada célula del cuerpo. Una vez en la célula, el oxígeno penetra por unos pequeños orgánulos, las mitocondrias, que son unas cápsulas en el interior de las células donde, en realidad, la célula quema el oxígeno para crear energía. Por tanto, ese oxígeno es una parte fundamental de la generación de energía en el interior de la célula. Pero ya sabes si utilizas oxígeno en una chimenea para crear energía. De vez en cuando el fuego lanza chispas y es peligroso, ya que puede extender el fuego fuera de la chimenea. Pues ocurre exactamente lo mismo dentro de las células del cuerpo: la mayor parte del oxígeno se utiliza de forma segura, dentro de las mitocondrias en las células, pero se estima que un dos o tres por ciento de las moléculas de oxígeno escapan de los canales químicos adecuados en los que se realiza el proceso y siembran el caos porque el oxígeno es un elemento químico muy reactivo. Todos hemos experimentado como el oxígeno corroe la chapa de un coche o qué le hace el oxígeno a la mantequilla si la dejamos expuesta al aire. El oxígeno es un agente muy dañino y puede causar muchos daños en el interior de las células. Los radicales libres del oxígeno hacen saltar lo primero que se encuentran, y si es el ADN, dañan el ADN, si es una membrana, dañan la membrana, si es una proteína la destruyen. Y sucede en cada minuto de tu vida”.

Tom Kirkwood

Universidad de Newcastle


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La escafandra equilibra la presión.

También, la vida en la Tierra se ha adaptado con el transcurso de los años a unas condiciones de presión atmosférica que también ha evolucionado por los cambios en la composición y en las proporciones de sus gases.

La presión atmosférica es la presión del aire sobre la superficie terrestre. Además es un factor abiótico (designa a lo que no forma parte o no es producto de los seres vivos).

La atmósfera terrestre

El aumento o disminución de la presión está condicionado por la altura y la temperatura de lugar donde nos encontramos, y si éste se encuentra al nivel del mar la presión media será de 1013 milibares.

En 1643, Torricelli tomó un tubo de vidrio de aproximadamente un metro de longitud y lo llenó de mercurio. Manteniendo el tubo cerrado con un dedo, lo invirtió y lo introdujo en una vasija con mercurio. Al retirar el dedo comprobó que el metal descendía hasta formar una columna cuya altura era 14 veces menor que la que se obtenía al realizar el experimento con agua. Como sabía que el mercurio era 14 veces más pesado que el agua, dedujo que ambas columnas de líquido estaban soportadas por igual contrapeso, sospechando que sólo el aire era capaz de realizar dicha fuerza.

Luego, Pascal abordó el experimento definitivo, consistente en transportar un barómetro a distintas altitudes para comprobar si era realmente el peso del aire el que determinaba la ascensión del líquido en el tubo.

También, de gran trascendencia, otro experimento realizado en el año 1654 en la ciudad de Magdeburgo por el inventor Otón de Guericke conocido como Hemisferios de Magdeburgo que cautivó al público presente y a personajes ilustres de la época. Para realizar esta experiencia, dispuso la construcción de


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dos hemisferios huecos de cobre, ajustó estos dos hemisferios con la precaución de que no entrara aire y extrajo el del interior hasta practicar el vacío a través del conducto del hemisferio inferior, tras lo cual cerró el grifo y ató cada hemisferio a un arnés tirado por ocho caballos que no consiguieron despegar ambas mitades. Después, mediante una válvula se le insufló aire nuevamente a la esfera, para separar sus dos mitades sin dificultad.

En los hemisferios sólo actúa la presión atmosférica, ya que al extraer el aire no hay presión en el interior. Si la superficie de los hemisferios es suficientemente grande, se necesita una fuerza bastante considerable para tratar de separarlos.

Tanto las naves como los trajes espaciales cuentan con un sistema responsable de equilibrar la presión interna a unos niveles adecuados para la vida humana.

La escafandra protege de las inclemencias externas

La capa de la atmósfera que está sobre la troposfera se conoce como estratosfera. Se extiende desde cerca de 15 kilómetros hasta 50 kilómetros de altitud.

La temperatura de la estratosfera aumenta con la altura. Esto no se debe a que el Sol está más cerca de la estratosfera en comparación con la troposfera. Se debe a que la estratosfera contiene altas concentraciones de gas ozono (O3) formando la famosa capa de ozono que absorbe entre un 97 y 99% de la cantidad total de radiación ultravioleta convirtiéndola en calor. Esto previene que la radiación ultravioleta llegue a la superficie de la Tierra evitándonos graves problemas de salud. En el espacio exterior por la ausencia de atmósfera las radiaciones solares no son filtradas y son todavía más perjudiciales porque inciden directamente sobre el cuerpo u objeto expuesto.

En la Luna la atmósfera se puede decir que es casi inexistente y la radiación solar incide directamente sobre su superficie descomponiendo en polvo lunar las rocas, por su acción y también primordialmente por el bombardeo histórico de micrometeoritos. Aunque en la Tierra diariamente caen toneladas de meteoritos, la atmósfera actúa como un muro natural que frena y descompone esa materia siendo el origen de un bello espectáculo conocido como lluvia de estrellas.

Así, en la Luna, muchas de las cosas que pueden hacerle daño a un ser vivo son invisibles: el impresionante vacío, las temperaturas extremas y la radiación espacial encabezan la lista.

La superficie de la Luna está ampliamente expuesta a los rayos cósmicos y las erupciones solares, y parte de esta radiación es muy difícil de frenar con protectores. Además, cuando los rayos cósmicos impactan en el suelo, éste produce una peligrosa lluvia de partículas secundarias. Toda esa radiación si penetrara en los tejidos humanos afectaría al ADN, fomentando el riesgo de cáncer y otras enfermedades.

En el caso de un astronauta, la diferencia entre la cantidad de radiación total emitida y absorbida es lo que nos indica su temperatura. Es decir, éste no se encuentra en ningún medio que presente una temperatura determinada, sino


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que, al hallarse en el vacío, dicha temperatura dependerá de la distancia a las fuentes que radien energía. De esta forma, los objetos en el espacio que se encuentran expuestos al Sol pueden aumentar su temperatura rápidamente, pero les cuesta perder su calor. En cambio, los objetos que se hallan situados en zonas del espacio no iluminadas por el Sol -por ejemplo, tras la zona nocturna de la Tierra o sobre la superficie de la Luna cuando es de noche- se enfrían. En resumen, la temperatura de un astronauta depende fundamentalmente del lugar en el que éste se encuentre y si éste se halla o no iluminado por el Sol.

Si escudásemos completamente del Sol a un astronauta, sólo expuesto a la radiación interplanetaria e interestelar, su temperatura iría descendiendo hasta llegar a muchos grados bajo cero. Si, por otra parte, éste se hallase girando en torno a la Tierra, sufriría periódicamente aumentos y disminuciones graduales de temperatura, debido a que su órbita lo haría atravesar las zonas iluminadas por el Sol y las zonas en sombra. Naturalmente hay variantes para cualquier otro caso que nos queramos imaginar (superficie lunar, asteroidal...).

En la Luna la temperatura de su superficie cambia bruscamente del día a la noche oscilando su promedio entre +107º C de día a –153º C de noche.

Otro antiguo y persistente problema observado por los astronautas de las misiones Apolo en la Luna fue el polvo. Estaba por doquier, incluso en sus pulmones. Y aunque parezca raro, podría ser de él de donde los futuros exploradores obtuvieren su próxima bocanada de aire. La polvorienta capa del suelo de la Luna está compuesta casi en un 50% de oxígeno. El problema ahora es cómo extraerlo.

Quiero vivir sin escafandra

Los astronautas que realizan su trabajo en el espacio deben estar protegidos en todo momento contra el frío y el calor. Uno de los factores que influyen en la temperatura que posee un cuerpo en el espacio es su eficiencia para absorber y emitir radiación. Por ejemplo, no absorbe de la misma manera el calor la superficie reflectante de una nave espacial -o la del traje de un astronauta- que la oscura superficie lunar. En el caso del traje de un astronauta, la cara sobre la que incide la luz solar suele hallarse a una temperatura de unos +120°C, mientras aquella expuesta a la oscuridad del espacio se suele estar a unos -120° C, como valores promedio.

Es esta la razón por la cual es necesario emplear material reflectante en los trajes espaciales: para rechazar (reflejar) la mayor cantidad posible de energía solar, de tal modo que el astronauta que se encuentra en su interior pueda hallarse a una temperatura adecuada para vivir y realizar su trabajo con la mayor comodidad. Lo mismo se puede decir en cierto modo con las naves tripuladas o las estaciones espaciales o de los planetas. La temperatura superficial de la Tierra depende, entre otros factores, de la proporción de calor solar reflejado hacia el espacio.

Naturalmente este no es el único sistema para permitir una temperatura adecuada: si un astronauta permaneciese horas en su traje espacial sin un sistema adecuado de ventilación, su propio calor corporal convertiría el interior del traje en un lugar excesivamente caliente y sofocante. Lo mismo se puede


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decir para las naves o estaciones espaciales. Es necesario, pues, un sistema térmico interno con el cual se pueda controlar la temperatura a la que realmente se trabaja.

Por ejemplo, los astronautas que vuelan en el transbordador y realizan salidas extravehiculares emplean una red de tubos de pequeño diámetro a través de los cuales circula agua y que se encuentran próximos al cuerpo del astronauta. El calor emitido por el propio "inquilino" del traje, debido a sus movimientos musculares, es transferido por el agua hacia una unidad de refrigeración que se halla en un compartimento trasero del traje, en donde el agua se pone en contacto con una placa porosa de metal situada en contacto con el vacío del espacio por uno de sus lados, atravesando lentamente los poros y congelándose, para ser progresivamente expulsada al exterior como vapor sublimado.

Los astronautas emplean trajes de color blanco por una sencilla razón: mientras el color negro tiende a absorber las radiaciones solares, el blanco las refleja. Por ese motivo se eligió el blanco en los trajes espaciales, para que los astronautas pudieran realizar los trabajos de montaje, reparación, mantenimiento, etc. fuera de la cápsula o de la estación espacial sin el peligro que representa estar expuestos a las radiaciones cósmicas directas.

Aunque para la confección de los trajes espaciales se utilizan siempre materiales de protección contra las radiaciones, el hecho de ser además de color blanco hace que éstas se reflejen mucho mejor. De esa forma el astronauta presenta mayor protección a las altas temperaturas a las que se ve sometido cuando abandona la cápsula o estación y sale al espacio cósmico.

Traje espacial


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Otra razón secundaria es que ese color resalta mucho más que cualquier otro contra el fondo negro del cielo, tal como realmente se presenta en el espacio exterior, por lo que el astronauta se hace más visible para sus acompañantes en el “paseo espacial” y para los que se quedan dentro de la cápsula o la estación.

Sin embargo, para trabajar o descansar en el interior de dicha cápsula o estación, el traje puede ser lo mismo blanco, azul, naranja o de cualquier otro color.

El empleo del color blanco para reflejar las radiaciones solares resulta muy común en la tierra y en el mar. De hecho los camiones y los barcos frigoríficos se pintan de blanco con la intención de proteger la carga de las radiaciones del Sol y, por tanto, del posible deterioro que pueda ésta sufrir debido a las altas temperaturas que tienen que soportar durante el transporte.

Vivir sin escafandra en el espacio, como en la Tierra es, hoy por hoy, sólo posible en los ambientes artificiales de las naves, o en proyectos de estudio de futuras bases humanas extraterrestres. Hay científicos que plantean la modificación química de las atmósferas de otros planetas para hacerlas aptas para la vida.


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Relación de Actividades

Título del Proyecto Quiero vivir sin escafandra Actividad Número: 1 Título de la Actividad Centrales energéticas de las células: las mitocondrias. Interrogante que plantea ¿Qué daños produce la falta de oxígeno o respirar en exceso oxígeno puro? Fundamento científico

El sistema respiratorio realiza dos funciones fundamentales para la vida: el transporte de oxígeno del ambiente hasta la sangre y el del dióxido de carbono desde la sangre al exterior del cuerpo. Estas dos funciones son inversas.

En la respiración de un organismo, el proceso comprende 3 etapas: la primera corresponde a la ventilación pulmonar, es decir, entrada y salida del aire; la segunda hace referencia al intercambio gaseoso que ocurre en los pulmones, entre el aire que proviene del exterior y los gases que llegan a los pulmones transportados por la sangre (resultantes de la actividad celular); la tercera etapa corresponde a la respiración celular, proceso en el que el oxígeno permite la degradación de nutrientes, y en consecuencia, se produce dióxido de carbono. Este proceso proporciona la energía necesaria para mantener las funciones vitales del organismo.

La mitocondria es la planta de energía de las células. Utilizan oxígeno, grasa y azúcar para producir ATP (adenosina trifosfato). Este proceso se llama "respiración celular". Cuando la célula necesita energía, procesa moléculas de ATP que liberan la energía acumulada. Cuánta más energía necesita una célula, mayor cantidad de mitocondrias contiene. Una célula puede tener desde unas pocas hasta miles mitocondrias. El mayor número se encuentra en las células nerviosas, musculares y del hígado.

Las condiciones del espacio hace necesario el uso de oxígeno almacenado y que se facilita mediante un sistema de respiración artificial. La proporción de la dosis debe ser la justa.


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Desarrollo concreto de la actividad Mediante una animación informática que representa a la mitocondria, central energética de la célula, se simulará su funcionamiento cuando el aire que se respira es pobre o rico en oxígeno. Material necesario

� Ordenador

� Simulador basado en software que representa el funcionamiento de una mitocondria


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Título del Proyecto Quiero vivir sin escafandra Actividad Número: 2 Título de la Actividad La escafandra de la Tierra. Interrogante que plantea ¿Nos protege la atmósfera terrestre? Fundamento científico

En este experimento vamos a estudiar cómo los gases de la atmósfera terrestre actúan como una barrera natural sobre la que impactan los micrometeoritos y como la falta de atmósfera es la causa de los microcráteres en la superficie lunar.

También, las naves a su regreso a Tierra o un satélite cuando termina su vida y se programa su desplome, en la entrada a la atmósfera friccionan con los gases de la atmósfera y se produce un aumento considerable de la temperatura externa. A los primeros se les debe proteger exhaustivamente para que resistan este inconveniente que puede destruirlos, además de que la reentrada deben realizarla con una inclinación determinada que calculan los ingenieros.

Así, la atmósfera nos protege pero también se convierte en un riesgo cuando regresamos del espacio exterior.

Desarrollo concreto de la actividad ¿Cómo realizamos el experimento?

En una maqueta se representa la superficie y atmósfera terrestres y en otra la superficie lunar.

Para simular la atmósfera terrestre utilizaremos varias capas formadas por telas metálicas de malla de distinto tamaño; la función de estas capas es lograr la progresiva desagregación de una esfera de arena de playa al atravesarlas, simulando el efecto que produce la atmósfera al descomponer los pequeños asteroides que se acercan a la Tierra. La última capa de plástico evitará que la maqueta se salpique de arena

Para la superficie lunar emplearemos ceniza procedente de la combustión de leña de encina para simular el polvo lunar o regolito. Se lanzarán esferas de corcho de distintos tamaños y crearán cráteres en la superficie sin ningún impedimento.


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Material necesario

� Maqueta superficie terrestre y superficie lunar

� Ceniza

� Telas metálicas de malla de distintos tamaños

� Placa semirígida de plástico transparente

� Arena de playa y pulverizador de agua para humedecerla

� Esferas de corcho de distintos tamaños

� Guantes de latex de usar y tirar


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Título del Proyecto Quiero vivir sin escafandra Actividad Número: 3 Título de la Actividad Reparando en el exterior. Interrogante que plantea ¿Trabajamos con seguridad en el espacio? Fundamento científico

En este experimento vamos a simular cómo se realizan las reparaciones en el espacio exterior con la incómoda pero indispensable prenda espacial.

Las botas de los trajes espaciales son un elemento esencial que ofrecen seguridad en las reparaciones en el espacio porque pueden estar dotadas de unos imanes que adhieren con fuerza al astronauta a cualquier metal.

Cualquier elemento que forma parte del equipo de un astronauta es muy importante. Tanto su diseño como construcción se ha estudiado hasta el último detalle.

En Tierra, se realizan simulaciones en ambientes similares al espacio para probar su utilidad, resistencia y comodidad. A veces, se utilizan grandes piscinas de agua donde los astronautas se sumergen para realizar estas pruebas.


Sobre una plataforma metálica los visitantes podrán caminar con unas botas preparadas con imanes y realizar varios desplazamientos para coger y colocar algunos objetos usando guantes.

Material necesario

� Plataforma metálica.

� Botas con imanes.

� Guantes.

� Pequeños objetos.


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Título del Proyecto Quiero vivir sin escafandra Actividad Número: 4 Título de la Actividad La escafandra espacial. Interrogante que plantea ¿Podemos vivir sin escafandra en el espacio? Fundamento científico

En esta actividad se utiliza un traje espacial para explicar a los asistentes el conjunto de servicios que ofrece y sus instrumentos de soporte vital.

Una de las razones por las que los astronautas visten trajes espaciales es la protección frente a temperaturas extremas. Durante un paseo espacial a la luz del día, en el exterior del traje espacial pueden registrarse temperaturas abrasadoras de 120 grados centígrados, es decir, superiores a las del agua hirviendo.

También, el astronauta necesita llevar un traje para protegerse de la falta de oxígeno y del daño que le haría su exposición a la radiación solar.

Debajo del traje lleva una ropa interior en la que un centenar de metros de tubitos de agua permiten que la temperatura de su cuerpo sea normal.

Cada astronauta tiene su par de guantes personal, con las puntas de los dedos de goma para sostener mejor los objetos.

En su traje, tienen micrófono y altavoz para poder escuchar y hablar con el resto del equipo, los otros que han salido al espacio, los que se han quedado en la estación y a veces se comunican directamente con los que están en la Tierra. En el espacio la ausencia de un medio para que se propague el sonido, que en la Tierra es el aire, hace imprescindible el empleo de un sistema de comunicación, aunque la persona con la que deseen comunicar esté próxima.

En su mochila, llevan agua, un generador y también oxígeno para respirar.

Los movimientos con este traje son duros y cansan mucho, una salida al espacio no suele durar más de seis horas.

Para más seguridad, el astronauta puede asegurarse a la estación con un cable.

Trabajar en el espacio, o por encima de los 19 kilómetros de altura, exige, entre otras cosas, que los seres humanos se lleven consigo un entorno en el que poder sobrevivir a la falta de atmósfera respirable, mantener una presión atmosférica lo suficientemente alta para evitar que los líquidos de su cuerpo se


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evaporen, y enfrentarse a diferencias de temperatura entre las partes de su cuerpo expuestas al Sol y las que están a la sombra.

Desarrollo concreto de la actividad ¿Cómo realizamos la actividad?

Se utiliza una replica de traje espacial para identificar en él sus partes, incidiendo en los equipos necesarios para que la vida en su interior sea posible en el espacio.

Se comentarán aquellos componentes que se encargan de acondicionar el interior en los parámetros adecuados de oxígeno, presión y temperatura.

Material necesario

� Traje espacial (réplica).


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Título del Proyecto Quiero vivir sin escafandra Actividad Número: 5 Título de la Actividad Presión mágica. Interrogante que plantea Enfrentando dos presiones ¿Cómo? Fundamento científico

Para demostrar la fuerza de la presión atmosférica desarrollamos este experimento en el que se oponen la presión atmosférica del lugar donde nos encontremos con la presión existente en el interior de una botella.

Una botella con agua cuenta con dos orificios, en la que actúan las dos presiones. En uno de ellos, en el superior, la presión atmosférica es superior a la del interior de la botella, y el agua no sale; mientras que en la inferior la presión atmosférica se iguala a la interior y actúa la gravedad, por lo que el agua saldrá por el orificio inferior.


Realmente el efecto que produce es mágico. Para realizarlo se necesitan muy pocas cosas: una botella de plástico de ½ litro, una pajita, agua y ¡aire!.

Primero, es necesario hacer dos agujeros en la botella. Si dividimos imaginariamente en altura la botella en tres partes los agujeros se encontrarían justos en los límites de unión de cada parte.


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Después, hay que perforar el tapón de la botella por el centro y pasar un trozo de pajita a través de él. La longitud de la pajita debe ser la necesaria para que alcance, aproximadamente, la mitad de la botella una vez que se ponga el tapón. (La pajita tiene que quedar justa, sin holgura, para que no entre el aire por ningún lugar distinto a la propia pajita). El extremo de la pajita que se sitúa dentro de la botella debe quedar entre los dos agujeros, dejando la misma distancia entre uno y otro.

Antes de tapar la botella hay que llenarla de agua hasta el nivel que marca la doble flecha blanca. Para evitar que el agua salga por los agujeros de la botella, los taparemos con las yemas de dos dedos.

Una vez llena de agua, se enrosca el tapón. Antes de retirar los dedos de los agujeros responde a la siguiente pregunta: ¿Por dónde saldrá el agua?. ¿Por el agujero de arriba, por el de abajo o por ambos? El agua sólo saldrá por el agujero inferior.

Material necesario

� Botella de plástico de ½ litro.

� Agua.

� Pajita.

� Plastilina (para sellar la pajita al tapón).

� Y ¡aire!.


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Título del Proyecto


Actividad Número: 6

Título de la Actividad

La patata astronauta

Interrogante que plantea

¿Estamos protegidos frente al impacto de los meteoroides?

Fundamento científico

Los efectos de impactos de micrometeoroides de alta velocidad en una escafandra o en nuestra atmósfera son simulados con una patata y una pajita. Los estudiantes sostienen la patata en una mano y la perforan con la utilización de una pajita de plástico. La profundidad de penetración en la patata se relaciona con la velocidad de la acción punzante. Una pajita que se empuje poco a poco se irá torciendo al chocar contra la superficie de la patata. El material plástico del que está fabricada la pajita no es bastante fuerte para soportar la fuerza ejercida en su extremo. Sin embargo, cuando se empuja la pajita rápidamente en la patata, ésta fácilmente penetra en su superficie. Desafiamos más tarde a los estudiantes a que diseñen un modo de proteger la patata del daño causado por impactos usando materiales asequibles, como plásticos, papel, etc. de tal forma que el impacto de la pajita no logre perforar la patata en ningún caso. La energía cinética de un impacto, dado en Julios, es calculada con la ecuación siguiente:

Ec = 1/2 mv2

m = masa del objeto que hace impacto;

v = velocidad del objeto que hace impacto.

Nota: La masa en esta actividad es en realidad la masa combinada de la pajita, la mano y el antebrazo que lo conduce.


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Desarrollo concreto de la actividad

Paso 1. Sostener una patata cruda en una mano. Agarrando la pajita con la otra mano, perforar la patata con un movimiento lento. La pajita se tuerce sin dañar la patata. Paso 2. Repetir el experimento pero esta vez perforando la patata con un movimiento rápido. Observando que ahora si penetra la pajita en la patata. Paso 3. Los estudiantes diseñaran un método para proteger a la patata astronauta del daño causado por la pajita plástica cuando ésta se intenta clavar rápidamente en la patata. Paso 4. Después de que los estudiantes han probado un método para proteger la patata, establecer una discusión para evaluar la tecnología desarrollada. Se definirán ciertas condiciones para la protección de la patata (por ejemplo, los materiales usados juntos no deben tener un grosor superior a una medida ).

Material necesario

� Patata.

� Plástico transparente de diferentes grosores, papel de seda, de aluminio, etc.

� Pajita de plástico.


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Control de la temperatura dentro de un traje espacial.


¿Qué podemos hacer para que un ambiente cerrado pueda mantener una temperatura constante?


Esta actividad muestra el principio que está detrás de la operación de enfriamiento del traje espacial con líquidos, es decir, por la refrigeración por agua que es conducida por su interior, por metros y metros de tubo. Sustituyendo la fuente de calor interna de un traje espacial (que sería generada por el cuerpo del astronauta) y la externa producida por la radiación solar, por una bombilla eléctrica que hará esa función de proporcionar suficiente calor. Nuestro Planeta también regula su temperatura fundamentalmente gracias al agua de sus océanos. La capacidad del agua para almacenar energía calorífica tiene consecuencias ambientales muy importantes. Así, el agua de los océanos puede absorber gran cantidad de calor en verano, mientras que su temperatura sólo aumenta ligeramente.


Paso 1. Perforamos un agujero en la parte inferior de la pared de la lata de café (como se muestra). El agujero debería ser bastante grande para pasar la tubería de plástico por él. Perforamos un segundo agujero en la tapa plástica de la lata de modo que la tubería pueda pasar también por ahí. Perforamos otro agujero en el centro de la tapa de modo que un termómetro entre cómodamente. Finalmente, perforamos un agujero en el centro de la tapa del segundo bote de café para colocar otro termómetro.

Paso 2. Enrollamos la tubería de plástico y la colocamos dentro del primer bote de café. Empleamos trozos de cinta para pegar el tubo a las paredes y mantenerlo uniformemente extendido. Pasamos el extremo inferior del tubo por el agujero hecho en la pared de la lata y el extremo superior por el agujero hecho en la tapa. El tubo inferior llegará hasta un cubo de recogida de agua que será colocado debajo de la lata. El extremo superior tendrá que ser suficientemente largo para introducirse en otro cubo que rellenaremos con cubitos de hielo y con agua. Este cubo se situará por encima de la lata. Los termómetros se introducirán en sus respectivos agujeros.


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Paso 3. Colocamos las dos latas encima de una mesa. Dirigimos la luz de una potente bombilla de manera que incida igualmente sobre las dos latas. La luz debe estar a no más de 25 centímetros de distancia de las latas. Llenamos un cubo con agua y hielo y lo situamos por encima de la lata que contiene el tubo de plástico. Colocamos también el cubo de recogida de agua debajo de la lata. Aún no haremos que entre agua en el tubo.

Paso 4. Encendemos la luz. Observamos y registramos las temperaturas de los dos termómetros. Después de dos minutos, registramos de nuevo las temperaturas.

Entrada Agua

Salida Agua

Paso 5. Ahora colocamos el extremo superior de la tubería de plástico dentro del cubo con el agua y el hielo y absorbemos por el otro extremo del tubo para iniciar una corriente sifónica. Dejamos al agua fluir hacia el cubo de recogida de debajo y que circule por la lata de café.

Paso 6. Registramos las temperaturas de las dos latas a intervalos regulares durante diez minutos.

Paso 7. Ahora utilizaremos latas de colores para observar como la radiación influye sobre los objetos dependiendo del color de su superficie e iniciaremos registros de temperaturas hasta conseguir la lata que mantenga durante más tiempo una temperatura estable y deseable para la vida humana.

Material necesario

� Dos latas de café con tapas plásticas.

� 4 metros de tubería fina de plástico flexible de acuarios.

� Dos cubos, dos termómetros, cinta adhesiva, agua (sólida y líquida), y fuente de calor (la bombilla).


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Diseño y construcción de cohetes de agua


¿Podemos enviar un cohete de agua al espacio exterior?


El lanzamiento de cohetes de agua es un experimento físico muy interesante, ya que se aplican muchos principios básicos de la física. El principio fundamental que rige cualquier lanzamiento de cohetes, es la tercera ley de Newton o principio de acción-reacción: El cohete, antes de ser lanzado, tiene una energía en su interior en forma de aire a presión. La presión del aire empuja las paredes del recipiente y de otras superficies con las que está en contacto, incluida la del agua, con una fuerza que es igual a la presión por superficie.

Cuando la tobera se abre y el agua empieza a salir, la fuerza responsable de que el agua salga es sobre todo la debida a la presión interna del aire: El aire empuja al agua hacia fuera, y como la superficie superior del agua es mucho mayor que la inferior (la boquilla de la tobera), la velocidad que adquiere el agua al salir es muy grande. Esto se conoce como principio de Bernouilli.

Por tanto, lo que sucede en el interior del cohete es una conversión de energía: el aire contiene una energía (presión) que se traslada al agua y se convierte en energía cinética (movimiento). La forma de la tobera permite que la conversión de energía sea muy eficiente (es decir, que la presión provoque una velocidad muy grande en el agua que sale del cohete).

Según la 3ª ley de Newton, la reacción se produce sobre el mismo cuerpo que realiza la acción. En el caso del cohete, es él mismo quien realiza la acción (la conversión de energía), y por tanto la reacción se aplica también sobre él. Como la reacción es de igual magnitud y sentido contrario, cuanto mayor sea el valor de la velocidad de salida del agua mayor será la velocidad de reacción del cohete.


El cohete es una botella plástica de bebida de tamaño pequeño o mediano con su tapa atornillada con un agujero de 5 mm para la salida del agua.


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Sobre la tapa va una válvula, de neumático sin cámara, a la que se lima o recorta la goma, un poco cónica hasta dejarla de 3,5 cm de largo.

En la foto de abajo se ve la botella con la válvula de auto y el sistema que la mantiene fija para "inflar" con el bombín y que permite liberarla en el momento de lanzar el cohete.

Éste consta de una placa de acrílico (puede ser otro material) de 30x30x4 mm con un agujero de 10 mm de diámetro en el que se introduce la válvula.

Las dos piezas A las fabricamos cortando un perfil cuadrado de aluminio de 40 mm de lado y 1,5 mm de espesor. El largo de estas piezas puede ser de 20mm.

B - indica el agujero en la tapa de la botella

C - es la pieza de acrílico mencionada y

D - es la válvula de neumático en la cual conectamos el bombín y que evita que se salga el agua hasta que con ambas manos retiremos las piezas A.

La válvula debe quedar con una pequeña presión sobre la tapa. La presión del aire dentro de la botella deforma ésta y asegura una presión adecuada a la presión en el interior.

Ponemos entre un quinto y un octavo de la capacidad de la botella con agua. Tendremos en cuenta que la energía necesaria para el vuelo del cohete proviene del aire a presión: a mayor cantidad de aire más energía.

Material necesario

� Botellas de PET de tamaño pequeño o mediano.

� Tapones de corcho.

� Boquillas de inflado.

� Inflador de aire a presión con manómetro (eléctrico es más potente).

� Maderas para soporte.

� Perfil de aluminio.

� Agua y aire.


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Película cortometraje: “La Tierra que nunca nos pertenecerá”


Suponemos que el planeta en el que vivimos se formó para nosotros, pero en realidad sólo somos huéspedes temporales...


La evolución del planeta donde vivimos ha hecho posible un medio habitable para el ser humano, pero sólo gracias a un proceso que ha durado más de 4.000 millones de años. Un proceso lento al que realmente nos hemos adaptado desde entonces, cuando aún éramos seres unicelulares. Ahora pensamos que podemos romper el cordón umbilical que siempre nos unió a la Tierra, sin saber que siempre necesitaremos un cordón para sobrevivir. Quizás nos merezcamos uno que nos una a máquinas diseñadas por los propios seres humanos.


La película, de corta duración, que se proyectará en la Feria de la Ciencia de Sevilla es inédita, y está prevista la realización de varias sesiones diarias para que pueda ser vista por el mayor número de visitantes. Esta película forma parte de una serie de cortos que la Asociación Ibn Firnás ha realizado de forma doméstica, y será mostrada por primera vez en esta Feria.

Material necesario

� Proyector de vídeo.

� Pantalla de proyección.

� Equipo de sonido.


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Actividad Número: 10 Título de la Actividad El oxígeno que tiene el aire.

Interrogante que plantea ¿Cuánto oxígeno tiene el aire que respiramos? Fundamento científico En este experimento vamos a estudiar la combustión de una vela mediante una simulación informática. Para ello, es necesaria la presencia de oxígeno que se consumirá en el proceso de la combustión. Además, permite calcular la proporción de oxígeno que tiene el aire, que es de una quinta parte. Se trata de un experimento muy famoso que realizó Lavoisier en la segunda mitad del siglo XVIII. Desarrollo concreto de la actividad ¿Cómo realizamos el experimento?

En primer lugar se colocará un plato encima de una mesa con bastante agua en su interior. No hace falta que esté lleno hasta el borde.

Dentro del agua se colocará una vela que se mantenga derecha sobre algún soporte.

Para finalizar, se encenderá una vela y que se tapará después con un vaso estrecho.

Observaremos como la vela poco a poco va dejando de arder hasta que se extingue la llama. A la vez el nivel del agua irá subiendo en el interior del vaso.

¿Por qué ocurre esto?

Cuando arde una vela tiene lugar una reacción de combustión. Lo que arde realmente no es la mecha que sale de ella, sino la cera o parafina de la que está hecha. Con el calor la parafina primero funde y luego se evapora. La parafina en forma gaseosa y en contacto con el oxígeno del aire experimenta una reacción química en la que se desprende mucha energía (en forma de calor y luz) el resultado es la llama. La reacción química que tiene lugar es:

parafina + O2 � CO2 + H2O


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Observaremos que en la reacción intervienen dos sustancias de partida: la parafina (inicialmente sólida) y el oxígeno contenido en el aire (un gas), que son los reactivos. A partir de ellos se obtienen dos sustancias totalmente diferentes: el dióxido de carbono (un gas) y agua (también en estado gaseoso), son los productos. También, notaremos que las paredes del vaso se empañarán, incluso se formarán unas gotas pequeñas de agua, por la condensación del vapor de agua en contacto con el cristal frío del vaso.

¿Por qué sube el nivel del agua en el interior del vaso?.

En la reacción se consume un gas, el oxígeno que forma parte del aire, pero se forma otro, el dióxido de carbono obtenido en toda combustión. Resulta que el volumen de dióxido de carbono producido es más pequeño que el volumen de oxígeno que se consume. El resultado es que en el interior del vaso el volumen de gas final es menor que el inicial. Eso hace que disminuya la presión en el interior y, por ello, sube el agua hasta que la presión interior es igual a la exterior.

Material necesario

� Vela y soporte. � Plato y mechero � Agua � Campana de vacío o similar

PROYECTO DE DIVULGACIÓN CIENTÍFICA V FERIA …...Traje hermético que usan los astronautas para...

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