Astronomía y Exploración Espacial

Proyectos / 7.º grado

7.º grado ⏱ 4 semanas · 8 sesiones de 55 min revision

Línea de potencias de diez en el pasillo

«¿Cómo escribimos y comparamos números tan grandes como el universo?»

Una cinta de 8 metros en el pasillo del colegio donde cada 30 cm la distancia se multiplica por diez: de un estudiante (1 m) al borde del universo observable (10²⁶ m), con 15 objetos ubicados en notación científica.

Objetivo

Expresar distancias cósmicas en notación científica, convertirlas entre metros, kilómetros, unidades astronómicas, años luz y pársecs, y ubicarlas en una escala donde cada paso multiplica por 10.

Producto final

Una línea de potencias de diez instalada en el pasillo (de 10⁰ a 10²⁶ m) con 15 fichas de objetos, cada una con su distancia o tamaño en metros, en notación científica y en la unidad astronómica más cómoda; y una tabla de conversiones del curso.

Materiales

  • Cinta de enmascarar o papel kraft en rollo para la línea (unos 8,5 m) y marcadores
  • 27 etiquetas con las potencias 10⁰, 10¹, …, 10²⁶
  • 15 fichas de cartulina (12 × 8 cm) con dibujo, nombre, valor en metros, notación científica y unidad astronómica
  • Regla, metro y calculadora científica (o la del celular en modo científico)
  • Tabla de la lección «Notación científica y distancias» como fuente de datos

Matemáticas que usa

  • Potencias de diez y notación científica: a × 10ⁿ con 1 ≤ a < 10
  • Producto y cociente de potencias de la misma base
  • Conversión de unidades: m, km, UA, año luz, pársec
  • Comparar números por su exponente (orden de magnitud) y, en una escala, cada paso igual multiplica por 10

En el portal

Unidades: 7.º · U1: Potencias de diez7.º · U2: Unidades astronómicas

Lecciones y artículos: Simuladores:

Los datos de las fichas

N.ºObjeto o distanciaValorEn metrosPotencia
1Un estudiante de 7.º1,5 m1,5×1001{,}5 \times 10^{0}10010^{0}
2Largo de una cancha de fútbol100 m1×1021 \times 10^{2}10210^{2}
3Bogotá, de norte a sur≈ 30 km3×1043 \times 10^{4}10410^{4}
4Colombia, de norte a sur≈ 1 800 km1,8×1061{,}8 \times 10^{6}10610^{6}
5Diámetro de la Tierra12 742 km1,27×1071{,}27 \times 10^{7}10710^{7}
6Distancia Tierra–Luna384 400 km3,84×1083{,}84 \times 10^{8}10810^{8}
7Diámetro del Sol1 391 400 km1,39×1091{,}39 \times 10^{9}10910^{9}
8Distancia Tierra–Sol1 UA1,496×10111{,}496 \times 10^{11}101110^{11}
9Distancia Sol–Neptuno30 UA4,5×10124{,}5 \times 10^{12}101210^{12}
10Un año luz1 al9,46×10159{,}46 \times 10^{15}101510^{15}
11Próxima Centauri4,25 al = 1,30 pc4,0×10164{,}0 \times 10^{16}101610^{16}
12Diámetro de la Vía Láctea≈ 100 000 al9,5×10209{,}5 \times 10^{20}102010^{20}
13Galaxia de Andrómeda≈ 2,5 millones de al2,4×10222{,}4 \times 10^{22}102210^{22}
14Cúmulo de Virgo (centro)≈ 16,5 Mpc ≈ 54 millones de al5,1×10235{,}1 \times 10^{23}102310^{23}
15Radio del universo observable≈ 46 500 millones de al4,4×10264{,}4 \times 10^{26}102610^{26}

(La ficha 14 es opcional: su distancia, 16,5 Mpc según Mei et al. 2007, se puede sustituir por otro objeto que el curso elija, siempre con fuente.)

Fases del proyecto

Semana 1 — Potencias y notación científica

  1. Repasamos con la lección Notación científica y distancias: 103=1 00010^{3} = 1\,000, 10610^{6} = un millón, y cómo mover la coma para escribir 384 400 000=3,844×108384\,400\,000 = 3{,}844 \times 10^{8}.
  2. Cada pareja recibe un objeto de la tabla y lo convierte a metros: por ejemplo, 384 400 km = 384 400 × 1 000 m = 3,844×1083{,}844 \times 10^{8} m.
  3. Juego de órdenes de magnitud: sin calculadora, ordenamos las 15 fichas solo mirando el exponente. ¿Cuántas «veces 10» hay entre la Luna y el Sol? (1011/108=10310^{11} / 10^{8} = 10^{3}: mil veces.)
  4. Decidimos la escala de la línea: 30 cm por cada potencia de 10. De 10010^{0} a 102610^{26} hay 26 pasos: 26×0,3=7,826 \times 0{,}3 = 7{,}8 m, más márgenes: unos 8,5 m de pasillo.

Semana 2 — Unidades astronómicas

  1. Con la lección Unidad astronómica, año luz y pársec convertimos cada ficha a la unidad más cómoda: dentro del Sistema Solar, UA; para estrellas, años luz y pársecs; para galaxias, millones de años luz o Mpc.
  2. Ejemplo: Próxima está a 4,0×10164{,}0 \times 10^{16} m; en años luz, 4,0×1016/9,46×1015≈4,254{,}0 \times 10^{16} / 9{,}46 \times 10^{15} \approx 4{,}25 al; en pársecs, 4,25/3,26≈1,304{,}25 / 3{,}26 \approx 1{,}30 pc.
  3. Construimos la tabla de conversiones del curso: 1 UA, 1 al y 1 pc en metros, en km y entre sí (1 pc = 3,26 al = 206 265 UA).
  4. Escribimos las fichas: dibujo, nombre, valor en la unidad original, metros en notación científica y unidad astronómica.

Semana 3 — Montamos la línea

  1. Pegamos la cinta en el pasillo y marcamos cada 30 cm una etiqueta: 10010^{0}, 10110^{1}, …, 102610^{26}.
  2. ¿Dónde va exactamente cada ficha? Una ficha de 3,84×1083{,}84 \times 10^{8} va entre 10810^{8} y 10910^{9}. Como la escala multiplica por 10 en cada tramo, no va «a 3,84 décimas» del tramo: va donde el factor acumulado es 3,84. Para 7.º basta la regla práctica: 2 va a un 30 % del tramo, 3 a un 48 %, 5 a un 70 %, 8 a un 90 % (son los logaritmos decimales de 2, 3, 5 y 8, que se verán en 9.º). Colocamos las fichas con esa regla.
  3. Comprobación cruzada: cada pareja verifica la ubicación de otra ficha con la calculadora.
  4. Añadimos una ficha «sorpresa» a la izquierda: 10−1010^{-10} m, un átomo, 3 m más atrás (la línea también sirve hacia lo pequeño).

Semana 4 — Recorrido y cierre

  1. Recorrido guiado para otros cursos: cada pareja presenta su ficha en 1 minuto y responde «¿cuántas veces 10 hay desde la ficha anterior?».
  2. Retos en la línea: ¿cuántos pasos de 30 cm hay entre la Tierra y la Luna, y entre la Luna y el Sol? ¿Por qué el Sistema Solar entero ocupa solo 1 m de los 8?
  3. Evaluación: cada estudiante entrega una hoja con 10 distancias cósmicas en notación científica, 5 conversiones entre unidades y una explicación de por qué la línea «comprime» el universo.
  4. La línea queda instalada como exposición del colegio.

Matemáticas del proyecto

  • Notación científica: a×10na \times 10^{n} con 1≤a<101 \le a < 10. El exponente nn es el orden de magnitud.
  • Multiplicar potencias: 103×108=101110^{3} \times 10^{8} = 10^{11}; dividir: 1026/1016=101010^{26} / 10^{16} = 10^{10} (diez mil millones de veces entre Próxima y el borde del universo observable).
  • Conversión de unidades: multiplicar por la equivalencia escrita como fracción igual a 1: 4,25 al×9,46×1015 m1 al=4,0×10164{,}25\ \text{al} \times \dfrac{9{,}46 \times 10^{15}\ \text{m}}{1\ \text{al}} = 4{,}0 \times 10^{16} m.
  • Escala multiplicativa: en la línea, sumar 30 cm es multiplicar por 10. Por eso 15 objetos que difieren en 26 órdenes de magnitud caben en 8 m. Esta idea es la del logaritmo, que se formaliza en 9.º.

Rúbrica de evaluación

CriterioEn procesoLogradoAvanzado
Notación científicaEscribe potencias de 10 enterasEscribe cualquier distancia como a×10na \times 10^{n} con 1≤a<101 \le a < 10Opera con potencias para comparar dos distancias («mil veces más»)
Conversión de unidadesConvierte km a mConvierte entre m, UA, al y pc con la tabla del cursoJustifica la conversión con fracciones iguales a 1 y cifras significativas
Ubicación en la líneaUbica la ficha en el tramo correctoUbica la ficha dentro del tramo con la regla prácticaExplica por qué la escala es multiplicativa y qué pasaría con una escala lineal
Ficha y presentaciónFicha incompleta o sin fuenteFicha correcta con fuente y presentación claraResponde preguntas del público con cálculos sobre la marcha

Variantes y extensiones

  • Escala lineal de contraste: marcar en el patio dónde quedaría la Luna si la Tierra midiera 1 cm (a 30 cm) y dónde el Sol (a 117 m): la comparación con la línea logarítmica muestra qué «esconde» cada escala.
  • Hacia lo pequeño: prolongar la línea hasta 10−1510^{-15} m (núcleo atómico) usando la tabla de la lección.
  • Tiempo luz: añadir a cada ficha cuánto tarda la luz (Luna 1,3 s; Sol 8,3 min; Neptuno 4,2 h; Próxima 4,25 años).
  • Conexión con 6.º: la ficha 5 (diámetro de la Tierra) puede usar el valor medido en el proyecto Medir la Tierra con otro colegio.

Inclusión

  • Las etiquetas de potencias pueden llevar relieve o braille; la línea se recorre al tacto contando los tramos de 30 cm.
  • Las fichas combinan dibujo, número y palabra: cada estudiante elige con cuál presentar.
  • Trabajo en parejas con roles (calculador y verificador) que se intercambian.
  • Para quien tiene dificultades con exponentes, usar tarjetas de «ceros» (cada tarjeta = ×10) para componer las potencias físicamente.

Seguridad

  • La línea se instala en un pasillo sin obstruir el paso ni las salidas de emergencia; cinta de enmascarar, no pegantes permanentes.
  • Para pegar etiquetas en alto, usar solo escaleras estables con un adulto.
  • Este proyecto no incluye observación del Sol; recordar que nunca se mira el Sol directamente.

Referencias y fuentes de los datos

  • IAU 2012 (resolución B2): 1 UA = 149 597 870 700 m exactamente. Año luz: 9,4607 × 10¹⁵ m (año juliano de 365,25 días, c = 299 792 458 m/s). Pársec: 648 000/π UA = 3,0857 × 10¹⁶ m.
  • NASA GSFC, Earth and Moon Fact Sheets: diámetro medio de la Tierra 12 742 km; distancia media Tierra–Luna 384 400 km. IAU 2015: diámetro del Sol 1 391 400 km. JPL: Neptuno a 4 498 millones de km (≈ 30 UA).
  • Gaia DR3: paralaje de Próxima Centauri 768,07 mas → 1,302 pc = 4,25 al ≈ 4,0 × 10¹⁶ m.
  • Vía Láctea: diámetro del disco estelar ≈ 100 000 al ≈ 9,5 × 10²⁰ m (valor redondo habitual; Goodwin, Gribbin & Hendry 1998 dan 26,8 ± 1,1 kpc). Galaxia de Andrómeda: 2,5 millones de al ≈ 2,4 × 10²² m (Riess, Fliri & Valls-Gabaud 2012: 752 ± 27 kpc). Radio del universo observable: ≈ 46,5 mil millones de al ≈ 4,4 × 10²⁶ m (distancia comóvil al horizonte de partículas con parámetros de Planck 2018).
  • Ministerio de Educación Nacional (2006). Estándares Básicos de Competencias en Matemáticas, 6.º a 7.º: «Utilizo números racionales, en sus distintas expresiones (fracciones, razones, decimales o porcentajes) para resolver problemas en contextos de medida», «Justifico el uso de representaciones y procedimientos en situaciones de proporcionalidad directa e inversa» y «Identifico relaciones entre distintas unidades utilizadas para medir cantidades de la misma magnitud».