von Iratxe Menchaca Vor 3 Jahren
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La evolución es la base tanto de la unidad de la vida como de la biodiversidad de los organismos (vivos y extintos). Los organismos transmiten la información genética de una generación a otra.
Versión para edades de 12 a 15 años
Todos los organismos evolucionaron a partir de un ancestro común. A través de las mutaciones del ADN, pueden aparecer nuevos rasgos en los organismos. Los organismos mejor adaptados a su entorno sobreviven y transmiten sus rasgos a sus descendientes.
Versión para edades de 9 a 12 años
Los organismos cambian a lo largo de las generaciones y desarrollan rasgos y habilidades que les ayudan a sobrevivir. Toda la información genética de un organismo se almacena en el ADN, que se encuentra en el núcleo de cada célula. El ADN es el responsable de transmitir la información genética de una generación a otra (herencia).
Todos los organismos evolucionaron a partir de un único ancestro. Existe una gran variabilidad entre los organismos, resultado de las mutaciones que se producen en el ADN. Los organismos mejor adaptados a un entorno concreto se seleccionan mediante la selección natural.
No todos los organismos tienen los mismos rasgos genéticos; existe una diferenciación en función del entorno en el que viven y crecen los organismos. Las mutaciones son un factor determinante para la creación de diferentes rasgos. Los atributos que dan ventaja de supervivencia a un organismo se establecen en la población y a través de la evolución, si se acumulan muchos rasgos nuevos, se creará una nueva especie.
Conexión con la Gran Idea sobre la célula: Los organismos tienen un material genético en el que se registra toda la información sobre sus rasgos. Este material genético se almacena en el ADN, que se encuentra en el interior de las células. Cada célula que compone un organismo tiene una copia del ADN del organismo. Cada organismo expresa genes diferentes y, por tanto, presenta rasgos diferentes.
Conexión con la Gran Idea sobre la Tierra: Los organismos evolucionan a través de mutaciones que crean rasgos diferentes. Estos rasgos pueden transmitirse de generación en generación hasta establecerse en una población, en función de las características del entorno. Los rasgos que confieren una ventaja adaptativa en un entorno concreto serán los que presenten una mayor probabilidad de establecerse en una población.
Todos los organismos evolucionaron a partir de un ancestro común. En el transcurso de la evolución se han creado diversos tipos de organismos, mediante mutaciones y selección natural. Cada entorno favorece el desarrollo y la evolución de diferentes especies y, como resultado, existe una gran variedad de organismos en la naturaleza.
Conexión con la Gran Idea sobre la célula: Todos los organismos que provienen de un ancestro común, están formados por células y macromoléculas biológicas que poseen material genético y producen la energía necesaria para sus funciones.
Conexión con la Gran Idea sobre la Tierra: Aunque los organismos proceden de un ancestro común, expresan genes diferentes y han desarrollado mecanismos de supervivencia distintos para sobrevivir en condiciones ambientales diferentes. Los fósiles son una prueba de los organismos que vivieron en la Tierra hace mucho tiempo, así como del entorno en el que vivían.
En la Tierra hay una gran variedad de plantas y animales que se han adaptado a las condiciones en las que viven y se reproducen. Estos organismos interactúan con su entorno y se ven influidos por él, y evolucionan a través de mutaciones que se producen al azar.
Conexión con la Gran Idea sobre la energía: La abundancia de recursos naturales puede afectar a la biodiversidad de plantas y animales en diferentes lugares de la Tierra.
Conexión con la Gran Idea sobre la célula: Existe una gran variedad de plantas y animales en la Tierra debido a las diferentes células y sustancias que poseen para adaptarse a diferentes entornos. Las células de las plantas y los animales llevan a cabo diferentes procesos.
Conexión con la Gran Idea sobre la Tierra: El medio ambiente y las condiciones climáticas varían de un lugar a otro de la Tierra. Existen diferentes tipos de organismos animales y vegetales que se adaptan a las condiciones ambientales de los distintos lugares de la Tierra.
Las personas tienen una variedad de atributos que dependen del entorno en el que viven y crecen y de los genes que heredaron de sus antepasados. Hay rasgos que prevalecen en entornos específicos, como el color de la piel, que son una ventaja evolutiva de las poblaciones del entorno concreto, y rasgos comunes a todos que muestran el ancestro común del que evolucionaron.
Conexión con la Gran Idea sobre la célula: Los seres humanos están constituidos por células que forman órganos y sistemas de órganos. Aunque todas ellas tienen el mismo material genético, existen diferencias morfológicas debidas a la diferente expresión de sus genes.
Conexión con la Gran Idea sobre la Tierra: Los seres humanos se ven afectados por las diferentes condiciones ambientales que existen en la Tierra y expresan diferentes rasgos morfológicos para adaptarse a estas condiciones. Los cambios en la biodiversidad pueden afectar a los seres humanos, así como a sus recursos alimentarios y energéticos.
Los organismos mejor adaptados a su entorno sobreviven y dejan un mayor número de descendientes que los menos adaptados. Los rasgos que permiten a los organismos sobrevivir se conservan mediante el mecanismo de la selección natural.
Los rasgos genéticos se transfieren de los padres a la descendencia y este fenómeno se llama herencia. Hay rasgos prevalentes y residuales, rasgos relacionados con el sexo y rasgos equivalentes en ambas especies. Mendel fue el primero en estudiar la herencia. Los árboles de género nos ayudan a estudiar la forma en que se hereda un rasgo y a calcular la probabilidad de que un descendiente presente o no el rasgo.
Conexión con la Gran Idea sobre la célula: Todas las células de un organismo tienen el mismo contenido genético, pero los genes utilizados (expresados) por la célula pueden estar regulados de forma diferente. Las características genéticas se encuentran en el ADN de las células y se heredan de los padres a los hijos.
Conexión con la Gran Idea sobre la Tierra: La expresión de los rasgos genéticos puede verse influida por los cambios en el entorno de la Tierra..
El ADN puede replicarse, transcribirse en ARN y traducirse en proteínas. La información genética se almacena en los genes y se expresa a través de las proteínas. Las mutaciones, que se producen de forma accidental durante la replicación del ADN o debido a sustancias o radiaciones, son cambios en la información genética que suelen provocar enfermedades o la muerte. Sin embargo, también son muy importantes para el proceso de evolución de las especies.
Conexión con la Gran Idea sobre las fuerzas: Las radiaciones electromagnéticas de alta energía pueden causar daños en el ADN de los organismos vivos y provocar mutaciones perjudiciales.
Conexión con la Gran Idea sobre la célula: Las características genéticas se encuentran en el ADN de las células. Los cambios en los genes (mutaciones) pueden provocar cambios en las proteínas, que a su vez pueden afectar a las estructuras y funciones de las células del organismo y, por tanto, modificar los rasgos.
Conexión con la Gran Idea sobre la Tierra: El medio ambiente y factores como la alimentación y la exposición a toxinas pueden alterar la forma en que las moléculas se unen al ADN, provocando cambios epigenéticos (expresión de genes) o cambiando la estructura de las proteínas que envuelve el ADN.
Los organismos mejor adaptados a las condiciones ambientales sobreviven y dejan un mayor número de descendientes que los menos adaptados.
Conexión con la Gran Idea sobre la célula: Los organismos vivos y los procesos que llevan a cabo cambian a lo largo del tiempo en respuesta a los cambios realizados en su entorno. Los organismos mejor adaptados de la naturaleza se reproducen con facilidad, dejando descendencia y heredándoles su información genética.
Conexión con la Gran Idea sobre la Tierra: Las diferentes áreas tienen diferentes condiciones y diferentes oportunidades de supervivencia por lo que se seleccionan diferentes organismos a partir de la selección natural como los más adaptados al entorno específico. Los cambios en el entorno pueden conducir al desarrollo de rasgos que favorezcan la supervivencia y la reproducción de las especies.
La Tierra es un sistema de sistemas que influye y se ve influido por la vida en el planeta. Los procesos que tienen lugar en este sistema influyen en la evolución de nuestro planeta y configuran su clima y su superficie. El sistema solar también influye en la Tierra y en la vida del planeta.
Versión para edades de 12 a 15 años
La Tierra está en constante cambio debido al flujo constante de energía y radiación procedente del Sol, así como a los procesos inmutables de la Tierra. Todos los organismos vivos afectan a la Tierra y son afectados por ella.
Versión para edades de 9 a 12 años
La Tierra, su clima y su superficie están influidos por los fenómenos naturales y por todos los organismos vivos. Todos los organismos vivos se ven afectados por todo lo que ocurre en nuestro planeta.
El clima de la Tierra depende del impacto del Sol, pero también se ve afectado por el ser humano. En la actualidad, todos los organismos vivos experimentan un cambio climático global que tiene múltiples consecuencias en los organismos.
La existencia de la Tierra está directamente relacionada con el Sol. El Sol es la fuente de vida de nuestro planeta, ya que es su única fuente de energía. La distancia entre la Tierra y el Sol también es crucial para la existencia de la vida, ya que define la temperatura media del planeta. Los movimientos de la Tierra alrededor del Sol provocan diferentes fenómenos, como las estaciones y la sucesión del día y la noche. La Tierra se destruirá cuando el Sol llegue al final de su vida, dentro de unos 5.000 millones de años.
Conexión con la Gran Idea sobre la energía: La vida en la Tierra depende en gran medida de la energía que recibe del Sol.
Conexión con la Gran Idea sobre las fuerzas: La Tierra está sometida a la atracción gravitatoria del Sol y se ve afectada en gran medida por el campo electromagnético del Sol y los fenómenos que se producen a causa de él (erupciones solares).
Conexión con la Gran Idea sobre el universo: El nacimiento y la ubicación de la Tierra en el Sistema Solar son el resultado de la formación y encendido del Sol y de la posterior evolución del sistema solar.
Conexión con la Gran Idea sobre la evolución: El ciclo vital del Sol influye en la vida en la Tierra, y en última instancia conducirá a la extinción de la vida en la Tierra. La vida en la Tierra también es dueña de su existencia a la distancia ideal de la Tierra al Sol (zona habitable).
El clima existe debido al esfuerzo incesante de la atmósfera terrestre por alcanzar un equilibrio termodinámico. Está impulsado principalmente por la radiación electromagnética que recibe del Sol. Las distintas zonas de la Tierra tienen diferentes condiciones meteorológicas que varían con el tiempo. Estas condiciones conforman el clima de la zona.
Conexión con la Gran Idea sobre la energía: Las condiciones climáticas de la Tierra, tanto a corto como a largo plazo, son el resultado del balance energético entre el planeta y el espacio, y de la distribución de energía entre los diversos componentes del sistema terrestre (principalmente la atmósfera y la hidrosfera).
El cambio climático global es el resultado de las actividades industriales y agrícolas del hombre y de la sobreexplotación de los recursos naturales (especialmente los no renovables).
Conexión con la Gran Idea sobre la energía: El clima global de la Tierra refleja principalmente la energía que entra y luego circula y se distribuye en el sistema atmósfera/hidrosfera. El cambio climático global también es producto del consumo excesivo de recursos naturales por parte del ser humano, así como del uso y la degradación excesivos de la energía.
Conexión con la Gran Idea sobre el universo: Hay varios factores astronómicos que influyen en el clima de la Tierra, desde la actividad del Sol hasta las características orbitales del planeta.
La presencia de los seres humanos, los procesos que despliegan para producir formas utilizables de energía y la explotación de los recursos naturales influyen en la morfología y el clima de la Tierra, así como en otros organismos vivos. Las actividades humanas han provocado un cambio en el clima global y la extinción de especies y, por tanto, han afectado a la biodiversidad de nuestro planeta.
Conexión con la Gran Idea sobre la energía: La explotación de los recursos naturales y de las formas de energía no renovables por parte de los seres humanos repercute en todo el planeta, sus sistemas y ecosistemas.
Conexión con la Gran Idea sobre la evolución: Las actividades humanas pueden afectar al entorno natural, alterar la biosfera y los hábitats naturales y provocar así la extinción de algunas especies. Interfieren en el proceso evolutivo natural que conduce a la unidad y la biodiversidad necesarias para que los ecosistemas prosperen.
Todos los organismos vivos se ven afectados por la superficie, los materiales y los recursos naturales de la Tierra. No hay vida sin agua. Su estructura interna, el movimiento de las placas tectónicas y las interacciones del sistema a gran escala determinan la vida y ocultan los peligros naturales para los organismos.
Nuestro planeta nació hace 4.500 millones de años. Gracias a la existencia de agua y oxígeno brotó la vida y se crearon muchos organismos diferentes. El análisis de rocas, fósiles y materia procedente de otros objetos celestes de nuestro sistema solar (por ejemplo, la Luna y los cometas) proporciona información sobre el pasado de la Tierra. Algunos procesos se produjeron durante largos periodos de tiempo, mientras que otros ocurrieron mucho más rápido. La Tierra primitiva era muy diferente de la que conocemos hoy. A lo largo de diferentes épocas, se crearon diferentes especies (o evolucionaron a partir de otras más antiguas) o se extinguieron.
Conexión con la Gran Idea sobre el universo: La historia de la Tierra está íntimamente relacionada con la evolución del Sistema Solar, desde el ciclo vital del Sol hasta las interacciones entre los planetas. El estudio de otros objetos de nuestro sistema solar puede darnos información sobre la historia y la formación de la Tierra.
La Tierra se creó hace aproximadamente 4.500 millones de años, cuando una nube de polvo y gas empezó a colapsar por su propia gravedad, comenzó a girar y formó nuestro Sol. El material restante comenzó a formar protuberancias de partículas unidas por la fuerza de la gravedad. El viento solar arrastró elementos más ligeros, como el hidrógeno y el helio, desde las regiones cercanas al Sol formando planetas terrestres, como la Tierra, hechos de materiales pesados y rocosos.
Conexión con la Gran Idea sobre las fuerzas: La formación de la Tierra depende en gran medida de la acción de la fuerza gravitatoria. Las otras tres interacciones fundamentales también han desempeñado un papel, ya que la composición de la Tierra está hecha de diferentes elementos que se formaron a través de la fusión nuclear en las estrellas y durante las supernovas.
Conexión con la Gran Idea sobre el Universo: La formación de la Tierra se debe a la expulsión de elementos que formaron una nube gigante. Hace 4.500 millones de años la nube colapsó por su propia gravedad formando nuestro sistema solar.
Conexión con la Gran Idea sobre las partículas: La Tierra está formada por la misma materia que el resto de nuestro sistema solar.
Los riesgos naturales son numerosos (por ejemplo, terremotos, tifones) y se deben a la existencia de diferentes procesos naturales. Su ocurrencia no se distribuye por igual en la Tierra y puede afectar a la distribución de las poblaciones.
Conexión con la Gran Idea sobre la energía: Los peligros naturales pueden ser el resultado de la liberación localizada y repentina de energía, o más bien de su transformación de una forma a otra (por ejemplo, los terremotos).
Conexión con la Gran Idea sobre el universo: Algunos peligros naturales son el resultado de encuentros entre la Tierra y pequeños componentes del Sistema Solar (cometas y meteoritos).
Los recursos naturales son vitales para la existencia de los organismos vivos. Algunos de ellos son renovables (por ejemplo, la energía eólica) mientras que otros son no renovables o reemplazables (por ejemplo, los fósiles, los minerales). Los recursos naturales no están distribuidos uniformemente por el planeta debido a los procesos geológicos del pasado. La abundancia de recursos naturales también determina la presencia de diferentes organismos y el crecimiento de sus poblaciones.
Conexión con la Gran Idea sobre la energía: La energía puede almacenarse en la estructura de una serie de materiales naturales presentes en la corteza terrestre, que la humanidad lleva explotando desde hace siglos. Los organismos vivos dependen de los recursos naturales de la Tierra para transformarlos en energía, alimentos y materiales para su supervivencia y actividades diarias.
Conexión con la Gran Idea sobre las partículas: Los recursos naturales de la Tierra pueden combinarse para crear nuevos recursos o separarse en partículas muy pequeñas que servirán para generar energía útil. La composición química de los diferentes minerales de la Tierra puede hacerlos más o menos útiles para el ser humano.
La mayor parte de la superficie de la Tierra está cubierta de agua. El clima, el movimiento de las placas tectónicas y la presencia de organismos vivos afectan a la morfología de la superficie terrestre y provocan cambios constantes en ella.
Conexión con la Gran Idea sobre la energía: La naturaleza diversa de la superficie de la Tierra influye en la forma en que responde a la energía que le llega del Sol; esto da forma al clima de amplias zonas de la Tierra.
Conexión con la gran idea sobre las fuerzas: Tanto los océanos como los continentes están sometidos a la misma atracción gravitatoria de la Luna y el Sol, pero responden de forma diferente, ya que el agua puede moverse libremente en las cuencas oceánicas y la tierra sólida no.
Conexión con la Gran Idea sobre las partículas: Los océanos están formados por un único compuesto, el agua, con muchos otros componentes disueltos en ella; los continentes están formados por una multitud de minerales, que están hechos de diferentes elementos químicos, y se ensamblan en una gran variedad de rocas.
Los organismos vivos afectan a las regiones en las que viven. La interacción entre la biosfera y otros sistemas de la Tierra provoca cambios continuos en la superficie terrestre y en los organismos vivos.
Conexión con la Gran Idea sobre la energía: La energía se intercambia entre la biosfera y la geosfera de muchas maneras, como el uso de la energía interna de la Tierra por parte de las bacterias y la acumulación de energía en combustibles biogénicos dentro de la corteza terrestre.
Conexión con la Gran Idea sobre las partículas: Los organismos vivos utilizan los componentes químicos de la Tierra. Algunos son más importantes, como el carbono, el nitrógeno, el oxígeno y el hidrógeno.
Conexión con la Gran Idea sobre las células: Los organismos vivos y los procesos que ocurren en sus células pueden afectar a las características de la región en la que viven.
El movimiento de las placas tectónicas da forma a la morfología de los continentes y los fondos oceánicos. Estos movimientos también son responsables de la formación de la mayoría de las rocas y minerales de la corteza terrestre. Los terremotos y la actividad volcánica se producen debido al movimiento de las placas tectónicas.
Conexión con la Gran Idea sobre la energía: La energía interna de la Tierra es el motor de la existencia de la tectónica de placas en el planeta; ésta, a su vez, rige las interacciones entre los sistemas a gran escala del planeta. La desintegración radiactiva que se produce en la corteza y el manto terrestre sigue generando nueva energía que es la fuente del calor que impulsa la convección del manto.
Conexión con la Gran Idea sobre las partículas: Las interacciones entre los grandes sistemas rocosos de la Tierra pueden seguirse hasta el nivel químico/molecular, ya que los minerales responden a las variaciones de presión y temperatura, deformándose y fundiéndose.
La mayor parte de la superficie de la Tierra está cubierta de agua. Se mueve a través de la hidrosfera, la geosfera y la atmósfera de la Tierra de diferentes maneras (por ejemplo, evaporación o transpiración) y da forma al clima y a la superficie de la Tierra. El agua es el mayor depósito de energía de la Tierra.
Conexión con la Gran Idea sobre la energía: El agua es un gran depósito de energía. Puede absorber, almacenar y liberar enormes cantidades de energía. La humanidad aún no ha aprovechado al máximo esta reserva.
Conexión con la Gran Idea sobre la célula: El agua fue el medio en el que aparecieron las primeras células, que más tarde se combinaron en organismos multicelulares, iniciando así la vida en la Tierra.
Conexión con la Gran Idea sobre la evolución: Las propiedades únicas del agua, como expandirse al congelarse, son uno de los factores clave para la existencia de la vida en el planeta. El hielo flota sobre el agua líquida como resultado de su empaquetamiento hexagonal dentro de su estructura cristalina. Esto hace que los mares, los lagos y los ríos se congelen de arriba abajo, lo que permite a los organismos submarinos sobrevivir incluso cuando la superficie está congelada.
La geosfera, la hidrosfera, la atmósfera y la biosfera son los principales sistemas de la Tierra. Estos sistemas interactúan a múltiples niveles (desde el microscópico hasta el global) y durante períodos de tiempo muy cortos o muy largos. Dan forma a la superficie y al medio ambiente de la Tierra, al tiempo que afectan a sus materiales y procesos. Todos los procesos que ocurren en la Tierra se deben al flujo de energía y al ciclo de la materia dentro de estos sistemas y entre ellos.
Conexión con la Gran Idea sobre la energía: Todos los procesos que ocurren en la Tierra se deben al flujo de energía y materia dentro de los diferentes sistemas del planeta (geosfera, atmósfera, hidrosfera) y entre ellos. Principalmente, la energía se recibe del sol y del interior caliente de la Tierra y de ella. Estos ciclos de energía y materia pueden provocar cambios químicos y físicos en los materiales de la Tierra y, en consecuencia, en los organismos vivos.
Conexión con la Gran Idea sobre el universo: Algunos materiales de la superficie y el interior de la Tierra (agua, algunos metales raros) proceden de otras partes del Sistema Solar y de más allá.
Conexión con la Gran Idea sobre las partículas: Los muy diversos materiales que componen la Tierra comparten la misma composición fundamental en cuanto a sus componentes más pequeños; sólo cambia la disposición de estos componentes.
Conexión con la Gran Idea sobre la célula: Los organismos vivos y los procesos que tienen lugar en sus células desempeñan un papel importante en la evolución de los sistemas de la Tierra, alterando su composición.
La atmósfera es uno de los sistemas más importantes de la Tierra. Protege la vida de la radiación solar de alta energía, estabiliza la temperatura y proporciona a los organismos vivos elementos importantes para su supervivencia, como el oxígeno, el nitrógeno y el dióxido de carbono.
Conexión con la Gran Idea sobre la energía: La atmósfera de la Tierra recoge la energía procedente del Sol, deja pasar una parte y refleja otra hacia el espacio. Los desequilibrios en la distribución de la energía alimentan las manifestaciones meteorológicas.
Conexión con la Gran Idea sobre las fuerzas: En la atmósfera se producen muchas interacciones derivadas de fenómenos gravitatorios y electromagnéticos, como la lluvia, los rayos y las auroras.
Conexión con la Gran Idea sobre las partículas: La atmósfera es una mezcla de partículas y moléculas de muchos elementos diferentes, cada uno de los cuales desempeña un papel importante para el clima de la Tierra y la vida en ella. Por ejemplo, las bacterias del suelo forman nitratos a partir del nitrógeno del aire, que son esenciales para que las plantas creen proteínas. Muchos fenómenos meteorológicos en la atmósfera son el resultado del comportamiento y la interacción de partículas como las moléculas de gas y agua.
Los ecosistemas incluyen organismos, factores abióticos y las relaciones que se desarrollan entre ellos. La energía se transfiere de un organismo a otro a través de los alimentos y la materia se recicla para ser utilizada de nuevo en las cadenas alimentarias.
Los organismos de un ecosistema están conectados de una forma u otra. Las poblaciones interactúan entre sí en una compleja red de relaciones. Hay relaciones opuestas, como la depredación y la competencia, y relaciones simbióticas, como la cooperación y el parasitismo.
Conexión con la Gran Idea sobre la evolución: Los organismos vivos se agrupan para hacer frente mejor a la demanda de alimentos, la supervivencia y los cambios en su ecosistema. Los seres humanos están interconectados con todos los demás seres vivos, de manera que cada interacción conduce a un efecto perpetuado que repercute en todas las demás especies y, finalmente, vuelve a los seres humanos.
La ecología de los ecosistemas estudia las interacciones entre los organismos y el entorno físico. Los ecosistemas son terrestres o acuáticos, autótrofos o heterótrofos. Son de naturaleza dinámica y están controlados tanto por factores externos (por ejemplo, el clima) como internos (por ejemplo, la descomposición). La energía y los materiales fluyen a través de los ecosistemas. Un ecosistema es resiliente si responde a una perturbación o a una alteración resistiendo el daño y recuperándose rápidamente.
Conexión con la Gran Idea sobre las partículas: Toda la materia viva y no viva se crea a partir de pequeñas partículas. Las partículas liberadas por las actividades cotidianas del ser humano se encuentran continuamente en la dinámica del ecosistema.
Conexión con la Gran Idea sobre la evolución: Los ecosistemas evolucionan a partir de la información genética que se transmite de una generación a otra de manera que toda la fauna y la flora permanecen interconectadas en una red ecológica en evolución equilibrada. Los cambios en un ecosistema (por ejemplo, la temperatura o las características físicas) pueden hacer que los organismos prosperen, se extingan o se trasladen a nuevos lugares.
Los organismos dependen de otros organismos e interactúan con el entorno en el que viven. Cuanto mayor es la variedad de organismos en un ecosistema, más estable es.
Conexión con la Gran Idea sobre la energía: El crecimiento de las poblaciones de organismos depende del límite de recursos energéticos de los ecosistemas en los que se encuentran.
Conexión con la Gran Idea sobre la evolución: Los organismos evolucionaron por separado para ser completamente diferentes entre sí pero, al mismo tiempo, para depender de otros para sobrevivir y seguir evolucionando. La evolución de una especie y su población también depende de la evolución y la población de otras especies, así como de su acceso a los recursos de sus ecosistemas.
Conexión con la Gran Idea sobre la célula: La mayoría de las células obtienen la energía que necesitan para sobrevivir a través de los alimentos. Los organismos se relacionan entre sí a través de las cadenas alimentarias. Algunos animales se alimentan de plantas para sobrevivir y otros se alimentan de otros animales, que a su vez se alimentan de plantas. Las plantas, a su vez, dependen de los animales e insectos para la polinización.
Los elementos de los que están hechos todos los compuestos orgánicos de las células no se encuentran en mucha cantidad en la naturaleza, por lo que deben reciclarse continuamente (ciclos de la materia). La energía derivada del sol es unida a compuestos químicos por los organismos autótrofos a través de la fotosíntesis y transportada a través de las cadenas alimentarias en todos los niveles de los organismos.
Conexión con la Gran Idea sobre la energía: El suelo proporciona nutrientes para que las plantas y los animales sobrevivan. Las cadenas alimentarias revelan cómo se transfiere la materia y la energía dentro del ecosistema. Cuando los nutrientes se descomponen devuelven su energía al suelo perpetuando el ciclo de transferencia y transformación de energía. La energía y la materia en los ecosistemas se conservan.
Conexión con la Gran Idea sobre las partículas: Los ciclos de la materia implican a los organismos vivos y a las partes no vivas de los ecosistemas. Los organismos obtienen materia de sus ecosistemas y liberan materia (residuos) de vuelta a ellos. Toda la materia que componen los organismos pasa por las cadenas alimentarias y acaba descomponiéndose en partículas muy pequeñas que interactuarán con otras y formarán otros tipos de materia y nuevos organismos.
Conexión con la Gran Idea sobre la célula: Los ecosistemas se componen de millones de organismos diferentes de distintas formas, colores y tamaños, pero todos están formados por el mismo elemento clave, la célula. La fotosíntesis y la respiración celular proporcionan la energía necesaria para que se produzcan los procesos vitales.
A escalas muy pequeñas, nuestro mundo está sometido a las leyes de la mecánica cuántica. Toda la materia y la radiación presentan propiedades tanto de onda como de partícula. No podemos conocer simultáneamente la posición y el momento de una partícula.
Versión para edades de 12 a 15 años
La luz (radiación electromagnética) se comporta como una onda, pero también puede comportarse como un flujo de partículas que transportan paquetes de energía llamados cuantos. A pequeñas escalas, las partículas también pueden actuar como ondas cuánticas.
Versión para edades de 9 a 12 años
La mecánica cuántica estudia lo que ocurre en el interior de los átomos. La materia en el microcosmos se comporta de forma diferente que en el macrocosmos.
Los fenómenos cuánticos se producen debido a las interacciones de las partículas subatómicas según sus propiedades cuánticas y obedecen a las leyes de la mecánica cuántica. Algunos de estos fenómenos se utilizan en aplicaciones contemporáneas como el microscopio de barrido en túnel y la informática cuántica.
Los fenómenos cuánticos son los que se producen debido a las interacciones de las partículas subatómicas y pueden tener efectos microscópicos y macroscópicos. Son bastante contradictorios con nuestra experiencia cotidiana.
Conexión con la Gran Idea sobre la energía: La transición electrónica en los átomos corresponde a una energía cuantizada. Para que un electrón pase de un nivel de energía a otro necesita absorber o liberar una cantidad cuantificada de energía. En consecuencia, los átomos emiten o absorben fotones de elementos específicos que les confieren un rasgo característico único.
Conexión con la Gran Idea sobre las fuerzas: Las fuerzas fuerte, débil y electromagnética se describen como campos cuánticos discretos Los objetos y las partículas interactúan a través de las fuerzas fundamentales mediante el intercambio de ciertas partículas elementales (bosón portador de fuerza). Los fenómenos cuánticos se deben al intercambio de estas partículas elementales.
Conexión con la Gran Idea sobre el universo: Cada elemento forma líneas espectrales oscuras o brillantes únicas en su espectro continuo debido a su emisión o absorción de luz en un estrecho rango de frecuencias. Estas líneas espectrales son herramientas muy útiles para que los astrofísicos puedan estimar la composición química, la temperatura y la gravedad superficial de los objetos celestes.
Conexión con la Gran Idea sobre las partículas: Las partículas como los fotones y los electrones también pueden comportarse como ondas produciendo patrones de difracción debido a la dualidad onda-partícula.
Los fenómenos cuánticos dominan el mundo atómico y subatómico, pero varios fenómenos a escala macroscópica revelan un comportamiento cuántico. Los ejemplos más destacados son la super fluidez y la super conductividad. La física cuántica tiene varias aplicaciones en la tecnología, como la computación cuántica, la detección cuántica, la criptografía cuántica y las imágenes cuánticas.
Conexión con la Gran Idea sobre las partículas: Muchas aplicaciones de nuestra vida, como los láseres, los ordenadores cuánticos, los microscopios electrónicos, los CD y DVD, los escáneres MIR y muchas otras se basan en las propiedades cuánticas de las partículas microscópicas. El efecto fotoeléctrico (según el cual la luz puede interactuar con la materia) fue el primer fenómeno observado que demostró los efectos macroscópicos de los fenómenos cuánticos.
Las partículas subatómicas se comportan de forma diferente a la materia en el macrocosmos. En estas escalas, las partículas presentan propiedades tanto de partícula como de onda (dualidad onda-partícula). También están sujetas al principio de incertidumbre, que establece que su posición y su momento no pueden medirse exactamente de forma simultánea. Las interacciones de las partículas subatómicas pueden provocar la transformación de la materia en energía y viceversa mediante la emisión o absorción de determinados cuantos (una cantidad mínima) de energía.
Mientras que en el mundo clásico la naturaleza revela un comportamiento determinista (puede haber una precisión del 100% en las mediciones y en las predicciones), en el mundo cuántico la explicación de los fenómenos sólo puede ser estocástica. Eso significa que cualquier fenómeno cuántico puede analizarse estadísticamente, pero no puede predecirse con una precisión del 100%. Las principales propiedades de la mecánica cuántica son la cuantificación de la energía (quanta), la dualidad onda-partícula, el principio de incertidumbre y el principio de correspondencia.
Conexión con la Gran Idea sobre la energía: La transición electrónica en los átomos corresponde a una energía cuantificada. Para que un electrón pase de un nivel de energía a otro necesita absorber o liberar una cantidad cuantificada de energía. La distribución de los electrones a los niveles de energía alrededor de un núcleo obedece al principio de exclusión de Pauli que establece que dos o más electrones no pueden ocupar el mismo estado cuántico dentro de un sistema cuántico simultáneamente.
Conexión con la Gran Idea sobre las fuerzas: Las fuerzas fuerte, débil y electromagnética se describen como campos cuánticos discretos Los objetos y las partículas interactúan a través de las fuerzas fundamentales mediante el intercambio de ciertas partículas elementales (bosón portador de fuerza). Según el modelo estándar, fracciones después del big bang las cuatro fuerzas fundamentales se unieron en una sola.
Conexión con la Gran Idea sobre el universo: Según la teoría cuántica, un electrón delimitado alrededor de un núcleo atómico puede absorber o emitir fotones con una cantidad cuantificada de energía. Esta propiedad es una herramienta muy útil para que los astrofísicos puedan estimar la composición química, la temperatura y la gravedad superficial de los objetos celestes.
Conexión con la Gran Idea sobre las partículas: La naturaleza presenta una dualidad onda-partícula. Por ejemplo, la luz, que clásicamente se consideraba una onda porque produce patrones de difracción en algunos experimentos, tiene también un comportamiento similar al de las partículas cuando interactúa con la materia, como en el efecto fotoeléctrico. Pero la misma dualidad ocurre con lo que tradicionalmente se consideraba como partículas: se ha demostrado que los electrones, los núcleos o incluso las grandes moléculas, como el fullereno, también producen patrones de difracción experimentalmente.
Un quantum es la cantidad mínima de una cantidad que puede encontrarse en la naturaleza y que no puede dividirse en trozos más pequeños. La energía, por ejemplo, sólo puede encontrarse en la naturaleza en cantidades que son múltiplos integrales de un cuanto (paquete) mínimo de energía. Las funciones de onda cuánticas describen el estado cuántico de un sistema.
Conexión con la Gran Idea sobre la energía: En el mundo macroscópico la energía puede transferirse en cantidades continuas. Por ejemplo, se puede patear una pelota proporcionándole la energía que se desee. En el nivel cuántico, cuando se piensa en moléculas, átomos o en la escala subatómica, la energía sólo puede transferirse en niveles discretos. Por ejemplo, un electrón de un átomo sólo cambiará su nivel de energía si recibe o emite un fotón (cuanto de energía) de la energía exacta.
Conexión con la Gran Idea sobre el universo: El modelo estándar de la física de partículas es una teoría cuántica que describe cómo las partículas elementales (quarks y leptones) interactúan entre sí debido a 3 fuerzas fundamentales (mediadas por bosones) para formar toda la materia del universo.
Conexión con la Gran Idea sobre las partículas: Las partículas sólo pueden transportar cantidades discretas de energía (cuantos). Como su posición y su momento no pueden estimarse simultáneamente, estas propiedades se describen mediante ondas de probabilidad (ondas cuánticas).
Toda la materia del Universo está formada por partículas muy pequeñas. Están en constante movimiento y en constante interacción entre ellas. Las partículas elementales forman átomos y los átomos forman moléculas. Hay un número finito de tipos de átomos en el universo que son los elementos de la tabla periódica.
Versión para edades de 12 a 15 años
Existe un número finito de elementos y todos ellos se presentan en la tabla periódica. Los átomos y las moléculas forman nuevos enlaces mediante reacciones químicas. Las moléculas que se basan en el carbono son fundamentales para la vida y se llaman moléculas orgánicas.
Versión para edades de 9 a 12 años
Toda la materia del universo está formada por las mismas partículas elementales llamadas quarks y electrones. Los quarks forman los protones y los neutrones. Los protones, los neutrones y los electrones se combinan de diferentes maneras y forman diferentes átomos (elementos). Los átomos forman las moléculas. Toda la materia está en constante movimiento y, dependiendo de la intensidad del movimiento, puede encontrarse en tres estados diferentes: sólido, líquido o gaseoso.
Los procesos nucleares pueden modificar el núcleo y, en consecuencia, la estructura de un átomo. Los procesos nucleares pueden liberar enormes cantidades de energía.
La fusión nuclear es el proceso mediante el cual dos o más núcleos atómicos se combinan para crear núcleos más pesados, que se corresponden en elementos diferentes. La diferencia de masa entre los productos y los reactantes se manifiesta como la liberación de grandes cantidades de energía. La fusión de elementos se produce de forma natural en la naturaleza en el núcleo de las estrellas. Es lo contrario de la fisión.
Conexión con la Gran Idea sobre la energía: Los procesos de fusión pueden producir enormes cantidades de energía. La fusión nuclear es el principal proceso por el que se produce energía en las estrellas.
Conexión con la Gran Idea sobre las fuerzas: La fusión nuclear se produce principalmente debido a la presencia simultánea de la fuerza nuclear fuerte de atracción entre protones y neutrones y la fuerza electromagnética de repulsión entre protones. La fuerza nuclear débil también desempeña un papel importante, ya que la desintegración radiactiva es esencial para los pasos intermedios durante la fusión.
Conexión con la Gran Idea sobre el universo: En las primeras etapas del universo sólo existían el hidrógeno y el helio. Todos los demás elementos se produjeron (y se siguen produciendo) a través de la fusión en los núcleos de las estrellas y durante las explosiones de supernovas.
Conexión con la Gran Idea sobre la Tierra: La energía procedente del Sol, esencial para la Tierra, es el producto de los procesos de fusión nuclear estelar.
La fisión nuclear, es el proceso durante el cual un núcleo atómico se divide en núcleos más pequeños de diferentes elementos y produce enormes cantidades de energía en el proceso. La diferencia de masa entre los productos y los reactantes se manifiesta como la liberación de grandes cantidades de energía. Es lo contrario de la fusión.
Conexión con la Gran Idea sobre la energía: Los procesos de fisión pueden producir enormes cantidades de energía. La fisión nuclear es el proceso utilizado en los reactores nucleares para producir energía.
Conexión con la gran idea sobre las fuerzas: La fisión nuclear se debe principalmente a la presencia simultánea de la fuerza nuclear fuerte de atracción entre protones y neutrones y la fuerza electromagnética de repulsión entre protones. La fuerza nuclear débil también desempeña un papel importante, ya que la desintegración radiactiva es esencial para los pasos intermedios durante la fisión.
Conexión con la Gran Idea sobre la célula: Los productos de la fisión nuclear (procedentes de la Tierra y del exterior) son partículas muy energéticas (y radiactivas en algunos casos) y pueden ser muy perjudiciales para las células y los organismos vivos.
Conexión con la Gran Idea sobre la Tierra: Las reacciones de fisión nuclear se utilizan en la Tierra para producir energía utilizable.
Las reacciones químicas son los procesos mediante los cuales los átomos y/o las moléculas interactúan y se combinan. Existen diferentes tipos de reacciones químicas, pero se clasifican principalmente en función de si el sistema libera o absorbe energía.
Cuando las sustancias interactúan mediante procesos químicos, se forman nuevas sustancias con propiedades diferentes. Los procesos químicos siguen siempre los mismos principios universales (como la conservación de la energía o la carga) y pueden representarse mediante fórmulas y ecuaciones químicas.
Conexión con la Gran Idea sobre la energía: Las reacciones químicas implican cambios de energía debido a la ruptura y formación de enlaces. Las reacciones en las que se libera energía son reacciones exotérmicas, mientras que las que absorben energía calorífica son endotérmicas.
Conexión con la Gran Idea sobre las fuerzas: Las reacciones químicas se producen debido a la presencia de una fuerza electromagnética entre los átomos, sus núcleos y electrones que les permite formar o romper enlaces químicos.
Conexión con la Gran Idea sobre el universo: Las reacciones químicas en el universo se producen sobre todo en los planetas y otros objetos celestes (por ejemplo, lunas y cometas), donde las temperaturas son considerablemente más bajas que en las estrellas. Las temperaturas muy elevadas (como las existentes en las estrellas) no permiten la formación de moléculas mediante reacciones químicas.
Conexión con la Gran Idea sobre la célula: Las reacciones químicas que se producen en las células exigen temperaturas mucho más altas que las existentes en ellas. La presencia de enzimas (que actúan como catalizadores) permite a las células controlar la realización de las reacciones.
Conexión con la Gran Idea sobre la Tierra: La atmósfera terrestre es una atmósfera secundaria producida más tarde en la historia de la Tierra a través de reacciones químicas entre la atmósfera, las rocas cristalinas, el agua superficial y el oxígeno producido por las plantas verdes.
La cinética química es el estudio de la velocidad de los procesos químicos. Esta velocidad puede verse influida por muchos factores, como la naturaleza de los reactivos, la temperatura y la introducción de catalizadores.
Conexión con la Gran Idea sobre la energía: Las colisiones entre moléculas determinan la velocidad de las reacciones químicas. Sólo las moléculas con suficiente energía cinética para superar la energía de activación pueden reaccionar. La presencia de un catalizador no tiene ningún efecto sobre la posición de equilibrio final de una reacción. El catalizador reduce por igual la energía de activación requerida para las reacciones directas e inversas, permitiendo que el sistema alcance el equilibrio más rápidamente.
Conexión con la gran idea Evolución: Los tejidos y órganos orgánicos vivos se han ajustado para optimizar la velocidad de las reacciones químicas que se producen en ellos en función de los parámetros del entorno. Por ejemplo, los pulmones de los seres humanos están formados por un gran número de pulmones para aumentar la superficie de contacto y así aumentar la velocidad de las reacciones que se producen en ellos.
Conexión con la Gran Idea sobre la célula: La velocidad de reacción química depende de muchos parámetros y desempeña un papel vital en los procesos celulares. Las células tienen varios mecanismos para ajustarse en función de estos parámetros.
Redox proviene de la combinación de las palabras reducción y oxidación. El redox es una reacción química que implica una transferencia de electrones entre dos especies. Como resultado, el número de oxidación de una molécula, átomo o ión implicado en el Redox cambia.
Conexión con la gran idea sobre la energía: Como toda reacción química redox se produce simultáneamente de forma espontánea sólo si la energía total de los productos es menor que la de los reactantes. Las pilas galvánicas (baterías) son estructuras en las que la energía química liberada por una reacción espontánea de oxidación se transforma en energía eléctrica.
Conexión con la Gran Idea sobre la célula: La respiración celular implica muchas reacciones en las que los electrones pasan de una molécula a otra. Las reacciones que implican transferencias de electrones se conocen como reacciones redox.
Conexión con la gran idea sobre la Tierra: La transferencia de electrones para los microorganismos significa energía. En la Tierra, hay microbios que aprovechan las reacciones redox para obtener la energía que necesitan para vivir. Esta capacidad les permite prosperar independientemente de la energía procedente del Sol. Estos microbios son un ejemplo de cómo la vida puede ser capaz de sobrevivir en entornos donde la luz solar no es necesariamente una opción.
Una reacción química alcanza el equilibrio cuando existe una relación constante entre la concentración de los reactivos y los productos, ya que las reacciones directa e inversa se producen a la misma velocidad.
Conexión con la Gran Idea sobre la energía: Como cualquier fenómeno de la naturaleza, una reacción química se produce espontáneamente sólo si la energía total de los productos es menor que la de los reactantes. El equilibrio químico se alcanza cuando cesa todo cambio neto.
Conexión con la Gran Idea sobre el universo: Los exoplanetas que se parecen a las "grandes Tierras", las llamadas super-Tierras, albergan nubes en sus atmósferas. Los científicos son capaces de determinar qué condensados es probable que se formen modelando el proceso de formación de nubes bajo el aspecto del equilibrio químico.
Conexión con la Gran Idea sobre la evolución: Las maravillosas formas y la variedad de colores que vemos en muchos animales e insectos como las mariposas, los peces exóticos, los tigres y los leopardos están fuertemente relacionados con la incapacidad de las células para alcanzar el equilibrio químico. Si las células responsables de estas características estuvieran en equilibrio químico, todo sería uniforme y monocromático.
Conexión con la Gran Idea sobre la célula: Las células tienen la tendencia interna de alcanzar el equilibrio químico, pero nunca lo hacen. La razón es que el sistema no está aislado. El consumo de alimentos y la excreción de materia no se producen con el mismo ritmo. Además, las condiciones (por ejemplo, la temperatura) en las que se producen las reacciones químicas no permanecen constantes.
La neutralización es una reacción química entre un ácido y una base que produce una sal y agua. Cuando se produce la neutralización, el pH de la solución se aproxima al número siete (punto de equivalencia).
Conexión con la Gran Idea sobre la energía: La neutralización es un proceso exotérmico que produce energía. Como resultado, la temperatura de la solución aumenta.
Conexión con la Gran Idea sobre la célula: Las células de cualquier organismo necesitan absorber ingredientes de soluciones con un pH específico para poder funcionar correctamente. La neutralización se utiliza para moderar el pH de dichas soluciones (por ejemplo, se añaden fertilizantes al suelo para moderar su pH, se utilizan medicamentos antiácidos para neutralizar el exceso de ácido en el estómago). Un cambio en la acidez de los fluidos corporales puede tener un profundo efecto en las células. Cuando el pH de los fluidos corporales baja demasiado o sube demasiado, el cuerpo empieza a sufrir acidosis o alcalosis.
Conexión con la Gran Idea sobre la Tierra: La neutralización tiene efectos positivos y negativos en la Tierra. Los seres humanos utilizan la neutralización en su beneficio en su vida diaria. Por ejemplo, los agricultores utilizan fertilizantes básicos para neutralizar un suelo ácido -que es perjudicial para las plantas- mientras que en las chimeneas de las fábricas se añaden soluciones básicas para neutralizar el humo ácido que producen -evitando los efectos catastróficos de las lluvias ácidas-. El ácido liberado en el medio ambiente por la industria crea una lluvia ácida que tiene muchos efectos ecológicos. La lluvia ácida hace que las aguas se vuelvan ácidas y que absorban el aluminio que se abre paso desde el suelo hasta los lagos y arroyos. Esta combinación hace que las aguas sean tóxicas para los cangrejos de río, las almejas, los peces y otros animales acuáticos.
Los átomos interactúan mediante la fuerza electromagnética y crean moléculas. Las moléculas pueden incluir átomos del mismo o de diferentes elementos. Cada tipo de molécula tiene sus propias propiedades, que también definen cómo reacciona con otras moléculas. El uso y el papel de cada tipo de molécula en la naturaleza se basa en sus propiedades.
Una solución es una mezcla homogénea de dos o más sustancias. La sustancia más abundante se llama disolvente, mientras que las demás sustancias de la solución se llaman solutos. Una mezcla es una combinación de sustancias que podemos separar mediante procesos físicos. En una solución, las sustancias se disuelven mientras que en una mezcla las sustancias se mezclan manteniendo sus propiedades físicas.
Conexión con la Gran Idea sobre la célula: El interior de las células es una solución compuesta por moléculas orgánicas e inorgánicas.
Conexión con la Gran Idea sobre la Tierra: Las soluciones y las mezclas existen en toda la Tierra. Los océanos y la atmósfera son ejemplos de estas soluciones y mezclas. Son esenciales para la existencia de la vida.
Los cuatro estados principales de la materia son gas, líquido, sólido y plasma. El estado de una materia se determina por la comparación de la energía cinética y la energía potencial electromagnética de las moléculas que componen el objeto. Si la energía cinética es mucho mayor que domina y el objeto está en estado gaseoso, si las dos energías son comparables está en estado líquido, mientras que si la energía potencial domina entonces el objeto es sólido. Cuando la materia se calienta tanto que los electrones escapan a la atracción de los núcleos y se convierten básicamente en una "sopa" de electrones y núcleos que se comportan colectivamente bajo su campo eléctrico común. Este estado se denomina plasma. El plasma es el estado de la materia que domina el Universo.
Conexión con la Gran Idea sobre la energía: Al cambiar la energía interna de un sistema, las partículas se vuelven más o menos activas y pueden cambiar su estado de sólido a líquido y a gas y viceversa.
Conexión con la Gran Idea sobre las fuerzas: La fuerza electromagnética actúa entre las partículas de la materia. Las fuerzas en estado sólido entre las partículas son más fuertes que en estado líquido y gaseoso.
Conexión con la Gran Idea sobre el universo: Los tres estados de la materia (sólido, líquido y gaseoso) que experimentamos en nuestra vida diaria forman sólo el 0,001% de la masa visible del Universo. El resto del 99,999% de la masa del universo es el cuarto estado de la materia llamado plasma. Un plasma es un gas caliente ionizado que consiste en un número aproximadamente igual de iones con carga positiva y electrones con carga negativa.
Conexión con la Gran Idea sobre la Tierra: La Tierra se compone de materia en los tres estados. Los cambios que se producen en la presión y la temperatura en la Tierra hacen que la materia cambie de un estado a otro.
Todas las moléculas no orgánicas se denominan moléculas inorgánicas. Las moléculas inorgánicas no contienen carbono (los óxidos de carbono y los carbonatos son excepciones). Las moléculas inorgánicas no suelen encontrarse en los seres vivos, pero son comunes en la naturaleza.
Conexión con la Gran Idea sobre la energía: Los procesos que dan forma a las moléculas inorgánicas implican la ruptura y formación de enlaces que requieren energía. Si se libera más energía de la que se absorbe, el proceso es exotérmico; en caso contrario, es endotérmico.
Conexión con la Gran Idea sobre las fuerzas: Los enlaces en las moléculas inorgánicas se forman debido a la presencia de la fuerza electromagnética.
Conexión con la Gran Idea sobre la evolución: Las moléculas inorgánicas, como los iones de fosfato, son los bloques de construcción del ADN y el ARN, que son la base de la evolución.
Conexión con la Gran Idea sobre la célula: El agua es la molécula más abundante en las células, representando el 70% o más de la masa celular total. Como molécula polar, el agua desempeña un papel crucial en la formación de las estructuras biológicas.
Conexión con la Gran Idea sobre la Tierra: Las moléculas inorgánicas y su abundancia en la Tierra han desempeñado un papel crucial en la existencia de la vida en la Tierra. El agua, que es la molécula inorgánica más importante para la vida, tiene un comportamiento muy peculiar cuando se vuelve sólida. El hielo flota sobre el agua líquida como resultado de su empaquetamiento hexagonal dentro de su estructura cristalina. Esto hace que los lagos y los ríos se congelen de arriba a abajo, lo que permite que los organismos subacuáticos sobrevivan incluso cuando la superficie de un lago está congelada.
Las moléculas orgánicas son aquellas que incluyen una cadena principal de carbonos conectada a otros carbonos, hidrógeno, oxígeno y/o amoníaco. Las moléculas orgánicas, aunque sean raras en la Tierra, son muy importantes, ya que todos los organismos vivos están formados por ellas.
Conexión con la Gran Idea sobre la energía: La mayor parte de la energía que se utiliza en la Tierra procede de los combustibles fósiles, compuestos en su mayoría por moléculas orgánicas. Los organismos vivos utilizan moléculas orgánicas para producir energía.
Conexión con la gran idea sobre las fuerzas: Debido a la debilidad de las fuerzas intermoleculares (electromagnéticas), los compuestos orgánicos suelen tener puntos de fusión bajos.
Conexión con la Gran Idea sobre la evolución: Toda la diversidad de la vida en la Tierra está hecha a base de sólo 20 aminoácidos que, a su vez, están hechos sólo de cuatro nucleobases (adenina, timina, citosina, guanina)
Conexión con la Gran Idea sobre la célula: El ADN es el material hereditario en la mayoría de los organismos, casi todo se encuentra en el núcleo celular.
Las macromoléculas son moléculas muy grandes compuestas por miles de átomos. Su ladrillo de construcción son los monómeros que forman una macromolécula mediante el proceso de polimerización. Las macromoléculas son muy importantes para los organismos vivos. Las macromoléculas más populares e importantes para los organismos vivos son el ADN, el ARN y las proteínas.
Conexión con la Gran Idea sobre la evolución: Las macromoléculas como el ADN juegan un papel clave en la evolución, al contener el código genético que hace único a cada organismo y ser susceptibles de sufrir mutaciones que hacen evolucionar a los organismos.
Conexión con la Gran Idea sobre la célula: Las macromoléculas más comunes en bioquímica son los biopolímeros como los ácidos nucleicos, las proteínas, los hidratos de carbono y los polifenoles. Todos los organismos vivos dependen de tres macromoléculas, el ADN, el ARN y las proteínas, que se encuentran en las células y definen sus procesos.
Las fuerzas electromagnéticas son responsables de las atracciones no temporales entre los átomos que conducen a la formación de enlaces químicos y a la creación de moléculas. Existen dos tipos principales de enlaces, los covalentes y los iónicos. El enlace iónico se debe a la fuerza electrostática de atracción entre átomos con cargas opuestas mientras que el covalente se produce al compartir uno o más electrones.
Conexión con la Gran Idea sobre la energía: Los compuestos químicos se forman por la unión de dos o más átomos del mismo o de diferentes elementos. Un compuesto estable se produce cuando la energía total de la combinación tiene menor energía que la de los átomos separados. El estado de unión implica una fuerza de atracción neta entre los átomos que da lugar a un enlace químico.
Conexión con la Gran Idea sobre las fuerzas: La fuerza electromagnética forma los enlaces entre átomos y determina la geometría de las moléculas. La distribución de la carga de los átomos implicados define el tipo de enlaces entre ellos y, en consecuencia, la geometría de las moléculas.
Conexión con la Gran Idea sobre la cuántica: Todos los enlaces pueden explicarse mediante la teoría cuántica, pero, en la práctica, las reglas de simplificación permiten a los científicos predecir la fuerza, la direccionalidad y la polaridad de los enlaces.
Conexión con la Gran Idea sobre la célula: Los enlaces químicos mantienen unidas las moléculas y crean conexiones temporales que son esenciales para la vida. Tanto los enlaces fuertes como los débiles desempeñan un papel fundamental en la química de nuestras células y cuerpos. Por ejemplo, los enlaces covalentes fuertes mantienen unidos los bloques químicos que componen una cadena de ADN. Por otro lado, los enlaces de hidrógeno, más débiles, mantienen unidas las dos cadenas de la doble hélice del ADN. Estos enlaces débiles mantienen el ADN estable, pero también permiten que se abra para ser copiado y utilizado por la célula.
Hay un número finito de elementos en el universo, y todos ellos están formados por los quarks y los electrones. El número de quarks y electrones define el comportamiento de cada elemento.
El número de protones que se encuentran en sus núcleos identifica a los elementos. Hay un número finito de elementos en la naturaleza que están todos presentes en la tabla periódica. La mayoría de los elementos son naturales, pero algunos han sido creados por el hombre. Todos estos elementos están ordenados en una tabla, llamada Tabla Periódica. Están ordenados en función del número atómico (número de protones), la configuración electrónica y las propiedades químicas recurrentes.
Conexión con la Gran Idea sobre la energía: En la tabla periódica, un grupo es una columna vertical. Los elementos del mismo grupo muestran patrones en el radio atómico y la energía de ionización. De arriba a abajo en un grupo, los radios atómicos de los elementos aumentan. Como hay más niveles de energía llenos, los electrones de valencia se encuentran más lejos del núcleo. Desde arriba, cada elemento sucesivo tiene una energía de ionización más baja porque es más fácil quitar un electrón ya que los átomos están menos unidos.
Conexión con la Gran Idea sobre las fuerzas: Los electrones en los orbitales más cercanos experimentan mayores fuerzas de atracción electrostática; por lo tanto, su eliminación requiere cada vez más energía. La energía de ionización es mayor hacia arriba y hacia la derecha de la tabla periódica.
Conexión con la Gran Idea sobre la cuántica: Con el desarrollo de las modernas teorías de la mecánica cuántica sobre las configuraciones de los electrones en los átomos, se hizo evidente que cada período (fila) de la tabla correspondía al llenado de una capa cuántica de electrones.
Los átomos tienen núcleos formados por protones y neutrones, mientras que los electrones orbitan alrededor de los núcleos. Los átomos son neutros, ya que contienen el mismo número de protones y electrones. Los isótopos son átomos de un mismo elemento que se diferencian únicamente en el número de neutrones de sus núcleos. Algunos isótopos son más estables que otros.
Conexión con la Gran Idea sobre la energía: La energía potencial de un electrón que gira alrededor de un núcleo atómico se debe a la fuerza electromagnética de atracción entre los dos objetos. Cuando un electrón pierde una parte de su energía se emiten uno o más fotones con una energía total igual a la pérdida de energía del electrón. La energía potencial nuclear de los núcleos atómicos se libera durante la fisión nuclear del átomo.
Conexión con la Gran Idea sobre las fuerzas: En los átomos existen fuerzas de atracción y repulsión. Las fuerzas electromagnéticas atractivas entre los protones y los electrones mantienen a estos últimos en órbita alrededor de los núcleos, mientras que la fuerza nuclear fuerte atractiva entre los protones y los neutrones mantiene los núcleos atómicos unidos contra las fuerzas electromagnéticas repulsivas entre los protones, que tienden a destruir los núcleos.
Conexión con la Gran Idea sobre el universo: En el Universo primitivo las partículas se combinaban para formar átomos. Las partículas elementales se combinaron para formar núcleos y luego atrajeron a los electrones para formar átomos. Los átomos formados fueron estos de Hidrógeno y Helio. El resto de los átomos que construyen nuestro mundo se formaron a través de la nucleosíntesis estelar o de la nucleosíntesis de las supernovas.
Conexión con la Gran Idea sobre el quantum: La estructura y las propiedades de los átomos se describen mediante la mecánica cuántica. Bohr fue el primero en describir la estructura del átomo según la cual los electrones que rodean un núcleo atómico sólo pueden orbitar a cierto conjunto discreto de distancias del núcleo. Hoy en día, los modelos mecánicos cuánticos se utilizan para explicar átomos más complejos.
Conexión con la Gran Idea sobre la Tierra: En la Tierra hay isótopos. Los átomos de un mismo elemento pueden variar en el número de neutrones presentes en su núcleo, como el protio, el deuterio y el tritio para el átomo de hidrógeno (0, 1 y 2 protones). Esas variaciones de protones pueden ser raras en algunos átomos o muy similares en otros. Una aplicación útil de los isótopos terrestres es su uso para la estimación de la edad de las rocas, los fósiles y del propio planeta.
Una partícula elemental es una partícula que no está compuesta por otras partículas. Las partículas elementales conocidas se dividen en fermiones y bosones. Los fermiones incluyen los quarks y los leptones que forman toda la materia que observamos en el universo. Los quarks se combinan para formar hadrones como los protones y los neutrones, que a su vez forman todos los núcleos atómicos. El leptón más conocido es el electrón. Los bosones se conocen como partículas de "fuerza" que median las interacciones entre las partículas. Cada una de estas partículas tiene una antipartícula espejo.
Conexión con la Gran Idea sobre el universo: Las partículas elementales nacieron fracciones de segundo después del Big Bang. Luego, se combinaron para formar núcleos, átomos y moléculas (materia y antimateria). Las partículas elementales pueden transformarse entre sí mediante la acción de la fuerza débil.
Conexión con la Gran Idea sobre la célula: El transporte de electrones en el ciclo energético de la célula deposita energía en las coenzimas reducidas que transfieren esa energía a través de lo que se llama la cadena de transporte de electrones.
Conexión con la Gran Idea sobre la Tierra: Todo lo que hay en la Tierra está formado por partículas elementales que se crearon en el Big Bang.
Existen cuatro interacciones/fuerzas fundamentales en la naturaleza: la gravitación, el electromagnetismo y las fuerzas nuclear fuerte y nuclear débil. Todos los fenómenos se deben a la presencia de una o varias de estas interacciones. Las fuerzas actúan sobre los objetos y pueden actuar a distancia a través del campo físico respectivo, provocando un cambio en el movimiento o en el estado de la materia.
Versión para edades entre 12 y 15 años
La gravedad y el electromagnetismo son las dos fuerzas cuyos efectos nos resultan más evidentes. Estas dos fuerzas son responsables de la mayoría de los movimientos del universo. El movimiento de un objeto depende de cómo actúa una fuerza sobre él.
Versión para niños de 9 a 12 años
Cuando una fuerza actúa sobre un objeto, puede cambiar su forma o su estado de movimiento. No podemos ver las fuerzas, pero podemos entenderlas por sus efectos. Un objeto puede tener un efecto sobre otro a través de una fuerza, ya sea estando en contacto con él o a distancia. Hay un número limitado de fuerzas en nuestro universo.
Cuando una fuerza (o más) actúa sobre un objeto, éste cambia su estado cinético o su forma. Dependiendo del tamaño y la dirección de la fuerza total, el objeto puede realizar diferentes tipos de movimientos. Para objetos con velocidades muy inferiores a la de la luz, la forma en que las fuerzas actúan sobre los objetos se describe mediante las leyes de Newton. Para los objetos con velocidades cercanas a la de la luz, la forma en que las fuerzas actúan sobre los objetos se describe mediante la teoría general de la relatividad de Einstein.
Las partículas están en constante movimiento en la naturaleza, pero pueden tener diferentes velocidades en función de la energía interna del sistema. A su vez, la energía interna del sistema depende principalmente de la temperatura del mismo (cuanto más alta es la temperatura, más rápido se mueven las partículas) y de la energía electromagnética entre las partículas, que tiende a unirlas. La velocidad media de las moléculas de la atmósfera que nos rodea es de unos 1800 km/h.
Conexión con la Gran Idea sobre la energía: La energía interna de un cuerpo (en cualquier estado) es la suma de la energía cinética de sus partículas (debida a su energía microscópica) y la energía dinámica de las mismas (debida a las interacciones electromagnéticas entre ellas).
Conexión con la Gran Idea sobre el universo: Las propiedades de la curva de luz y los espectros que recibimos de las estrellas dependen en gran medida de los movimientos microscópicos de las partículas en la fotosfera de esas estrellas.
Conexión con la Gran Idea sobre las partículas: Se observa que todas las partículas de la naturaleza tienen movimientos microscópicos. Cuanto más baja es la temperatura, más pequeños son los movimientos que realizan. Sin embargo, las partículas nunca pueden quedarse quietas.
Conexión con la gran idea sobre el quantum: Los movimientos microscópicos existen en las escalas más pequeñas de los átomos y las partículas subatómicas. Ninguna partícula puede permanecer completamente quieta, ya que el principio de incertidumbre de Heisenberg lo prohíbe.
Las rotaciones son movimientos debidos a una o varias fuerzas durante los cuales los objetos se mueven alrededor de un eje fijo. La rotación alrededor del propio eje de un objeto (giro) es uno de los movimientos más comunes en la naturaleza. Los objetos celestes (como las estrellas, los planetas y las galaxias) giran alrededor de su eje. Las partículas elementales (como los quarks y los electrones) tienen una propiedad conocida como giro, un momento angular intrínseco, como si fueran bolas de carga que giran. Muchos objetos también giran alrededor de otros (por ejemplo, la Tierra gira alrededor del Sol, y los electrones orbitan alrededor del núcleo).
Conexión con la Gran Idea sobre la energía: Todo objeto que gira contiene energía. La rotación puede utilizarse para convertir una fuente de energía en otra (en las turbinas de energía eólica, por ejemplo).
Conexión con la Gran Idea sobre el universo: La rotación está presente en todo el universo. Todos los objetos celestes giran alrededor de sus ejes. Algunos objetos celestes orbitan alrededor de otros. Por ejemplo, la Tierra y los demás planetas giran alrededor del Sol. Las estrellas giran alrededor del centro de su galaxia.
Conexión con la Gran Idea sobre las partículas: Los electrones giran alrededor del núcleo atómico. Las moléculas pueden girar alrededor de su centro de masa.
Conexión con la Gran Idea sobre el quantum: Todas las partículas subatómicas giran alrededor de su eje. En la mecánica cuántica, el espín es una forma intrínseca de momento angular que llevan las partículas elementales, las partículas compuestas (hadrones) y los núcleos atómicos.
Los impactos son fenómenos en los que chocan dos o más cuerpos o partículas. Los impactos se producen en todas las escalas de nuestro universo (desde los comentarios que impactan contra la Tierra hasta las colisiones de partículas elementales) y todos se rigen por los mismos principios, como la conservación del momento y la conservación de la energía.
Conexión con la Gran Idea sobre la energía: La energía cinética de un objeto se transforma en energía térmica y sonora al impactar con otro objeto.
Conexión con la Gran Idea sobre el universo: Los impactos se producen en todo el Universo en todas las escalas. Los más frecuentes son los impactos de asteroides en el Sistema Solar. Las colisiones también desempeñan un papel importante en el proceso de acreción para formar núcleos planetarios y planetas terrestres.
Conexión con la Gran Idea sobre las partículas: Para que se produzcan reacciones químicas, las partículas reactivas deben colisionar entre sí a altas energías. Para energías de partículas mucho más altas, las colisiones pueden dar lugar a reacciones nucleares (fusión o fisión).
Conexión con la Gran Idea sobre la Tierra: Hay muchos cráteres de impacto en la superficie de la Tierra que permanecen de eventos de impacto anteriores. Uno de ellos es el cráter de Chicxulub, que se cree que fue causado por el asteroide que acabó con los dinosaurios.
Los fluidos y los gases (que juntos se denominan fluidos) tienden a fluir con facilidad, lo que provoca un movimiento neto de las moléculas de un punto a otro del espacio. Por eso, a diferencia del movimiento de los objetos sólidos, los fluidos cambian su forma y propiedades (como la presión) al moverse. Los movimientos de los fluidos y los gases se estudian en la dinámica de los fluidos. Su estudio nos ayuda a comprender muchos aspectos de nuestro mundo, como la evolución de las estrellas, las corrientes oceánicas, los patrones climáticos, la tectónica de placas y la circulación sanguínea.
Conexión con la Gran Idea sobre la energía: La transferencia de energía en los líquidos y los gases puede realizarse por conducción, convección y radiación térmica o por cambios de fase (evaporación y condensación).
Conexión con la Gran Idea sobre el universo: Las estrellas están formadas por un fluido ionizado llamado plasma. La energía estelar se produce en el centro de las estrellas a través de la fusión nuclear y se transporta hacia el exterior por radiación y convección.
Conexión con la Gran Idea sobre las partículas: La energía puede transferirse por conducción, convección y radiación. En todos estos procesos intervienen partículas que forman los cuerpos que participan en el fenómeno. La transferencia de energía puede producirse a través de la colisión de partículas (conducción), a través del movimiento colectivo de las partículas (convección) o, finalmente, a través de la emisión de radiación electromagnética (radiación térmica).
Conexión con la Gran Idea sobre la Tierra: La Tierra está llena de líquidos y gases en movimiento. Los océanos y las capas líquidas calientes de la Tierra en su interior, el núcleo externo y el manto son ejemplos de esos líquidos. El aire que respiramos y los gases emitidos por los volcanes son ejemplos de gases en movimiento en la Tierra. Los cambios en las condiciones meteorológicas se producen debido al movimiento de los gases y los líquidos en la superficie y la atmósfera de la Tierra.
Una oscilación es un tipo de movimiento durante el cual la fuerza que actúa sobre el objeto en movimiento es siempre opuesta a la dirección del desplazamiento desde el punto de equilibrio. Así, el objeto vuelve periódicamente a su posición inicial después de un cierto tiempo. Las oscilaciones pueden encontrarse en muchas ocasiones en nuestro mundo, desde los péndulos oscilantes de los relojes hasta los circuitos de corriente alterna, así como en los procesos biológicos, químicos, de mecánica cuántica y climáticos, entre otros.
Conexión con la Gran Idea sobre la energía: La energía de un objeto en oscilación es igual a sus energías cinética y potencial. La energía mecánica total del oscilador armónico permanece constante durante su movimiento.
Conexión con la Gran Idea sobre las partículas: Todos los átomos implicados en un enlace químico están oscilando.
Los movimientos tridimensionales son movimientos que se producen en tres dimensiones. Dependiendo de las fuerzas que actúan sobre el objeto, pueden tener una velocidad constante o variable. Se pueden describir con ecuaciones que utilizan tres variables espaciales y una variable temporal.
Conexión con la Gran Idea sobre la energía: Cualquier objeto en movimiento posee energía cinética.
Conexión con la Gran Idea sobre el universo: Todos los objetos del universo realizan movimientos tridimensionales. Los movimientos tridimensionales requieren la existencia de una fuerza. A escala macroscópica, los movimientos tridimensionales en nuestro universo se producen debido a la existencia de la gravedad. La órbita del Sol alrededor del centro galáctico es un ejemplo de movimiento tridimensional.
Conexión con la Gran Idea sobre las partículas: Todos los objetos del universo pueden realizar movimientos tridimensionales. Los movimientos microscópicos de las partículas que componen la materia (cualquier tipo de estado) son movimientos tridimensionales.
Los movimientos bidimensionales son movimientos que se producen en dos dimensiones (el objeto se mueve en una superficie plana). Dependiendo de las fuerzas que actúan sobre el objeto, pueden tener una velocidad constante o variable. Se pueden describir con ecuaciones que utilizan dos variables espaciales y una variable temporal.
Conexión con la Gran Idea sobre la energía: Cualquier objeto en movimiento posee energía cinética.
Conexión con la Gran Idea sobre el universo: los movimientos en 2D requieren la existencia de una fuerza. A escala macroscópica, los movimientos 2D en nuestro universo se producen debido a la existencia de la gravedad. Las órbitas son un ejemplo de movimiento bidimensional, como la órbita de la Tierra alrededor del Sol.
Conexión con la Gran Idea sobre las partículas: Los movimientos 2D requieren la existencia de una fuerza. Las partículas pequeñas, como todos los objetos, pueden realizar movimientos 2D. Estos movimientos pueden deberse a la existencia de la fuerza electromagnética (fuerza de Coulomb). Durante una desintegración nuclear, las partículas pueden moverse en trayectorias 2D debido a la acción de la fuerza débil.
Los movimientos lineales o rectilíneos son los que se producen en una dimensión (el objeto se mueve en línea recta). En función de las fuerzas que actúan, el objeto puede tener una velocidad constante o variable. Pueden describirse con ecuaciones que utilizan una variable espacial más la variable temporal.
Conexión con la Gran Idea sobre la energía: Cualquier objeto en movimiento posee energía cinética.
Conexión con la Gran Idea sobre las partículas: Las partículas pequeñas, como todos los objetos, pueden realizar movimientos lineales. Estos movimientos pueden deberse a la existencia de la fuerza electromagnética (fuerza de Coulomb). Durante una desintegración nuclear, las partículas pueden moverse en trayectorias lineales debido a la acción de la fuerza débil.
Sólo hay cuatro formas de interacción: la gravedad, el electromagnetismo, la interacción nuclear fuerte y la interacción nuclear débil. Todo movimiento o cambio de estado se debe a una o varias de estas interacciones. Los efectos de estas interacciones pueden observarse en todas las escalas del universo.
La interacción nuclear débil es responsable de la desintegración de los núcleos atómicos y actúa sobre las partículas subatómicas. La interacción débil desempeña un papel clave en la creación de elementos y en la alimentación de las estrellas mediante la fusión nuclear.
Conexión con la Gran Idea sobre la energía: La interacción débil es responsable de la desintegración radiactiva y de la energía liberada durante este proceso.
Conexión con la Gran Idea sobre el universo: La interacción nuclear débil es esencial para la fusión nuclear que se produce en las estrellas. Para que el proceso de fusión se complete se requieren pasos intermedios en los que los elementos sufren desintegración beta debido a la fuerza débil.
Conexión con la Gran Idea sobre las partículas: La interacción nuclear débil rige la desintegración radiactiva de los elementos. También desempeña un papel crucial en la fusión y fisión de partículas. Para que se complete un proceso de fusión o fisión se requieren pasos intermedios en los que los elementos sufren una desintegración beta debido a la fuerza débil.
Conexión con la Gran Idea sobre el quantum: La fuerza débil está mediada por partículas elementales llamadas bosones W y Z. Como sus efectos están presentes en las escalas más pequeñas de los átomos y las partículas subatómicas, se ajustan a las leyes de la mecánica cuántica.
Conexión con la Gran Idea sobre la Tierra: La desintegración de elementos radiactivos en el interior de la Tierra se debe a la interacción nuclear débil. Genera gran parte de la energía geotérmica de la Tierra y provoca el movimiento de las placas tectónicas, los volcanes y los terremotos.
La interacción nuclear fuerte actúa sobre las partículas subatómicas y es la que mantiene unidos los núcleos atómicos. La interacción fuerte es la más fuerte de todas las interacciones, pero tiene un alcance muy corto.
Conexión con la Gran Idea sobre la energía: La fuerza nuclear fuerte es responsable de la unión de los núcleos atómicos y de la energía que se libera durante las fusiones/fisiones nucleares.
Conexión con la Gran Idea sobre el universo: La fuerza nuclear fuerte es importante en la fusión nuclear, que es lo que alimenta una estrella y crea elementos hasta el hierro.
Conexión con la Gran Idea sobre las partículas: La fuerza nuclear fuerte es la que mantiene a los quarks pegados para formar partículas compuestas más pesadas, como los hadrones y los mesones. También une protones y neutrones para formar núcleos atómicos.
Conexión con la Gran Idea sobre el quantum: La fuerza nuclear fuerte actúa sobre partículas elementales como los quarks y otras más pesadas como los protones y los neutrones. Como sus efectos están presentes en las escalas más pequeñas de los átomos y las partículas subatómicas, se ajustan a las leyes de la mecánica cuántica.
La fuerza electromagnética actúa entre dos objetos debido a su carga eléctrica. Inicialmente se pensaba que la electricidad y el magnetismo eran fenómenos separados, pero hoy sabemos que corresponden a dos aspectos diferentes de un único fenómeno denominado electromagnetismo. Las fuerzas electromagnéticas están detrás de la mayoría de los fenómenos de nuestra vida cotidiana por encima de la escala nuclear, aparte de la gravedad (por ejemplo, respirar, caminar, leer estas líneas, etc.).
Conexión con la Gran Idea sobre la energía: Las partículas cargadas interactúan entre sí a través de la fuerza electromagnética intercambiando paquetes de energía en forma de fotones.
Conexión con la Gran Idea sobre el universo: La fuerza electromagnética es responsable de muchos fenómenos del universo, como la aceleración de los rayos cósmicos, las tormentas geomagnéticas causadas por el viento solar, la radiación no térmica de las ondas de choque astrofísicas, y otros.
Conexión con la Gran Idea sobre las partículas: Todas las partículas cargadas interactúan entre sí mediante la fuerza electromagnética. Estas interacciones son las responsables de que los átomos se unan y formen enlaces químicos. La fuerza electromagnética es responsable de cualquier estructura de la materia mayor que los núcleos atómicos.
Conexión con la Gran Idea sobre la evolución: El electromagnetismo desempeña un papel importante en la existencia y evolución de la vida. Las grandes moléculas, como las proteínas, los ácidos nucleicos, etc., tan importantes para la vida, suelen estar cargadas eléctricamente. El propio ADN está muy cargado; es la fuerza electrostática la que no sólo mantiene unidas las moléculas, sino que les da estructura y fuerza.
Conexión con la Gran Idea sobre la célula: Las células realizan numerosos procesos mediante reacciones químicas, que a su vez se producen gracias a la fuerza electromagnética.
Conexión con la Gran Idea sobre la Tierra: El electromagnetismo es esencial para la Tierra y la vida en ella. El campo magnético de la Tierra, por ejemplo, nos protege de las radiaciones de alta energía. Los fenómenos relacionados con el electromagnetismo se producen de forma natural en la Tierra (como los rayos) y debido a la actividad humana (luz artificial).
La fuerza gravitatoria actúa entre dos objetos debido a su masa. Todos los objetos atraen a cualquier otro objeto del universo. Cuanto más masa tiene un objeto, mayor es la fuerza gravitatoria que ejerce sobre cualquier otro objeto. Así, en los objetos muy masivos, como los planetas, las estrellas o las galaxias, la gravedad desempeña un papel fundamental en sus interacciones y da forma a sus órbitas y movimientos. La teoría de la relatividad general proporciona una descripción unificada de la gravedad como propiedad geométrica del espacio-tiempo. Los objetos muy compactos, como los agujeros negros y las estrellas de neutrones, son capaces de curvar considerablemente el espacio-tiempo a su alrededor.
Conexión con la Gran Idea sobre la energía: La gravedad crea energía potencial gravitatoria. La energía gravitacional depende de las masas de dos cuerpos y de su distancia.
Conexión con la Gran Idea sobre el universo: La fuerza gravitatoria la ejercen todos los objetos con masa en todo el Universo. Es lo que mantiene a la Tierra y a los planetas en órbita alrededor del Sol, y a nuestro Sistema Solar en órbita alrededor del centro de la Vía Láctea. La gravedad es una de las fuerzas que intervienen en el nacimiento de las estrellas, su evolución y finalmente su muerte.
Conexión con la Gran Idea sobre la Tierra: La fuerza gravitatoria es responsable de muchas propiedades físicas de la Tierra y, en consecuencia, afecta a la existencia y a las propiedades de los seres vivos en ella. Por ejemplo, la existencia, la composición química y la estructura de la atmósfera terrestre están determinadas por la fuerza gravitatoria de la Tierra.
Las células son la unidad fundamental de la vida. Requieren un suministro de energía y materiales. Todas las formas de vida de nuestro planeta se basan en este componente clave común.
Versión para edades de 12 a 15 años
La célula es la unidad estructural y funcional básica de la vida. Puede reproducirse, respirar, desarrollarse y producir una variedad de productos. Las plantas y los animales están hechos de células que forman órganos y sistemas. Las células necesitan energía que encuentran a través del procesamiento de materia orgánica y/o inorgánica.
Versión para edades de 9 a 12 años
Todo organismo vivo está formado por células. Hay muchos tipos de células que tienen diferentes propósitos.
Los organismos pueden ser unicelulares o multicelulares. Mientras que los organismos unicelulares están formados por una sola célula, los organismos pluricelulares son más complejos y están formados por varias células que forman órganos y sistemas de órganos. Estos organismos crecen gracias a la multiplicación y especialización de estas células. Los microorganismos suelen ser unicelulares. Algunos son parásitos y pueden causar enfermedades a otros organismos.
Los organismos pueden ser unicelulares o pluricelulares. Los organismos unicelulares están formados por una sola célula. Entre ellos están los microorganismos, como algunos hongos y bacterias, y tienen una estructura relativamente sencilla. Los organismos pluricelulares están formados por más de una célula e incluyen todos los animales y la mayoría de las plantas, siendo su estructura más compleja.
Conexión con la Gran Idea sobre la energía: Todos los organismos necesitan energía para su correcto funcionamiento. Producen energía aprovechando la que proviene del Sol o procesando los alimentos.
Conexión con la Gran Idea sobre las partículas: Todos los organismos, desde los más pequeños -no perceptibles a simple vista- hasta los más grandes, están formados por macromoléculas biológicas que se unen y forman compuestos complejos que finalmente construyen sus células y órganos.
Conexión con la Gran Idea sobre la evolución: La perpetuación de la información genética tiene lugar a través de la reproducción. Cada organismo hereda una combinación única de genes que define la estructura y la función de ese organismo. Así, en la naturaleza existe una gran variedad de especies diferentes.
Conexión con la Gran Idea sobre la Tierra: La morfología, el desarrollo y las diferentes funciones de los organismos que viven en la Tierra están estrechamente relacionados con las condiciones ambientales que prevalecen en sus ecosistemas.
Los organismos pueden dividirse en autótrofos y heterótrofos. Los autótrofos son organismos que toman la energía directamente del sol, mediante la fotosíntesis, y producen su propio alimento. Son los productores de la cadena alimentaria. Los heterótrofos son los consumidores de la cadena alimentaria y necesitan fuentes externas de alimento, alimentándose de autótrofos o de otros organismos heterótrofos. A través de este proceso, la cadena alimentaria se organiza en función de quién se come a quién.
Conexión con la Gran Idea sobre la energía: Las cadenas alimentarias revelan cómo se transfiere la materia y la energía entre los seres vivos y los ecosistemas. Los organismos necesitan alimento para producir la energía necesaria para su supervivencia. Las plantas, las algas (incluido el fitoplancton) y muchos microorganismos utilizan la energía procedente del Sol para fabricar azúcares (alimento) a partir del dióxido de carbono atmosférico y del agua (fotosíntesis). A su vez, serán la fuente de energía de los organismos que se alimentarán de ellos y que un día devolverán esta energía al ecosistema.
Conexión con la Gran Idea sobre las partículas: Hasta hoy los científicos no están seguros de qué organismos evolucionaron primero, si los heterótrofos o los autótrofos. Sin embargo, debido a las condiciones del entorno primitivo de la Tierra, algunos científicos creen que lo más probable es que fueran los heterótrofos los que evolucionaron primero, utilizando los alimentos de su entorno para producir energía.
Conexión con la Gran Idea sobre las partículas: Los organismos vivos utilizan una serie de reacciones químicas para procesar los alimentos, descomponerlos y reorganizar sus componentes para formar nuevas moléculas, para apoyar su crecimiento o para liberar energía. A medida que la energía y la materia fluyen por los diferentes organismos vivos a través de las cadenas alimentarias, los elementos químicos se recombinan para producir diferentes productos.
Conexión con la Gran Idea sobre la Tierra: Las poblaciones de diferentes organismos del mismo ecosistema dependen unas de otras para su alimentación. Las diferentes áreas de la Tierra tienen diferentes abundancias en recursos alimenticios que determinan el tipo de organismos que pueden sobrevivir en esa área.
El cerebro se comunica con todo el cuerpo a través de redes neuronales formadas por numerosas células nerviosas. Estas células reciben, procesan y transmiten información mediante señales eléctricas y químicas. A través de esta red, el cerebro regula todas las funciones del cuerpo a la vez que percibe los cambios del entorno. Los cambios en el entorno interno o externo son percibidos por diferentes tejidos y órganos y la información se transfiere al cerebro a través del sistema nervioso.
Conexión con la Gran Idea sobre la evolución: Cuanto más complejo es el organismo, más complejo es su sistema nervioso y mayor es su capacidad de percepción.
Las células son la unidad básica de la vida. Pueden ser eucariotas, que contienen orgánulos y un núcleo donde se almacena el material genético, o procariotas, que contienen el ADN, las proteínas y los metabolitos todos juntos en el citoplasma. Las células tienen metabolismo y pueden transportar sustancias como proteínas y lípidos al interior o al exterior de la célula. Cada célula puede desarrollarse para tener una función específica en el organismo. Mientras que algunas células están programadas para construir y reparar tejidos y órganos, otras pueden tener un papel en la protección contra las enfermedades, entre otras muchas funciones.
Las sustancias se mueven a través de las membranas celulares mediante dos procesos diferentes denominados transporte activo o pasivo. Este último requiere energía que se deriva de la quema de glucosa que se produce a través de la respiración celular en las mitocondrias. Esta energía puede ser el resultado del procesamiento de los alimentos o de la fotosíntesis. Las células vegetales realizan la fotosíntesis mediante la cual producen su alimento y el oxígeno necesario para la supervivencia de los organismos.
Conexión con la Gran Idea sobre la energía: Las células producen energía con la ayuda del sol o descomponiendo los alimentos que consumen para satisfacer sus necesidades.
Conexión con la Gran Idea sobre las partículas: Una célula necesita energía para construir sus moléculas biológicas y realizar todas las reacciones químicas necesarias. Una célula necesita pequeñas moléculas que realicen diferentes tipos de enlaces para construir materia orgánica compleja.
Conexión con la Gran Idea sobre la evolución: Cada tipo de organismo ha desarrollado diferentes formas de producir y transportar energía en sus células, adaptadas a su entorno.
Las células están formadas por macromoléculas orgánicas como proteínas, ácidos nucleicos e hidrocarburos y por lípidos. El agua desempeña un papel preponderante para el funcionamiento de la célula, siendo central hacen procesos muy importantes como la formación de la membrana celular. Otros elementos como el sodio, el potasio, el calcio, etc., aunque constituyen menos del 1% de la masa de la célula, también desempeñan un papel importante en su metabolismo y funcionamiento.
Conexión con la Gran Idea sobre las partículas: Las macromoléculas orgánicas están estructuradas por moléculas más pequeñas unidas entre sí que acaban construyendo compuestos biológicos complejos.
Conexión con la Gran Idea sobre la evolución: Las células se dividen por mitosis y así transfieren la información genética de una célula a otra.
La Tierra es una parte muy pequeña del universo. El Universo está compuesto por miles de millones de galaxias, cada una de las cuales contiene miles de millones de estrellas (soles) y otros objetos celestes. La Tierra es una pequeña parte del sistema solar con el Sol en su centro, que a su vez es una parte muy pequeña del Universo.
Versión para edades de 12 a 15 años
El Sol es la estrella de nuestro sistema solar y su diámetro es unas 1a0 veces mayor que el de la Tierra. La estrella más cercana al Sol está a poco más de 4 años luz. Nuestra galaxia tiene miles de millones de estrellas, algunas más pequeñas y otras más grandes que nuestro Sol. Hay miles de millones de galaxias en nuestro universo que, además de estrellas, incluyen muchos otros tipos de objetos.
Versión para edades de 9 a 12 años
La Tierra y los demás planetas orbitan alrededor del Sol. El Sol es la estrella de nuestro sistema solar y es unas 100 veces mayor que la Tierra. Hay miles de millones de estrellas como nuestro Sol en el universo.
Nuestro universo nació hace 13.800 millones de años. Se expandió a partir de un estado de muy alta densidad y muy alta temperatura. Esta "expansión" se llama big bang. Desde entonces, nuestro universo ha seguido expandiéndose.
Los primeros átomos se formaron unos tres minutos después del Big-bang y eran principalmente hidrógeno y helio. Tras la formación de las primeras estrellas, el resto de los elementos naturales conocidos (por ejemplo, el carbono, el oxígeno y el hierro) se crearon en los núcleos de las estrellas o durante las explosiones de supernovas mediante procesos de fisión y fusión nuclear. Estos elementos son expulsados al Universo a través de los flujos de salida de masa de las estrellas o mediante la explosión estelar conocida como supernova.
Conexión con la Gran Idea sobre la energía: Todos los elementos más ligeros que el hierro se forman a partir del hidrógeno y el helio mediante la nucleosíntesis estelar. El proceso de síntesis de estos elementos es exotérmico y es la fuente de energía durante toda la vida de la estrella. La creación de elementos más pesados en la nucleosíntesis de la supernova es una reacción endotérmica -se absorbe energía- que desencadena la explosión de la supernova.
Conexión con la Gran Idea sobre las fuerzas: Las estrellas son actos de equilibrio entre la fuerza de gravedad que intenta atraer el material de la estrella hacia el interior y el empuje hacia el exterior de la presión debida a la nucleosíntesis en el núcleo. Al final de la vida estelar, el combustible se agota, dejando que la gravedad se imponga a la presión hacia el exterior y provocando un colapso galopante de la estrella.
Conexión con la Gran Idea sobre las partículas: Todos los elementos naturales se crean en los núcleos de las estrellas o durante las explosiones de supernovas mediante procesos de fisión y fusión nuclear. Todas las demás estructuras de la materia se construyen a partir de estos elementos.
Las cosas de nuestro universo pueden ser inimaginablemente grandes o pequeñas según con qué las comparemos. La Tierra es cinco mil millones de veces más grande, en volumen, que un elefante, pero 1,3 millones de veces más pequeña que el Sol. El Sol es 700 millones de veces más pequeño que Antares, una estrella supergigante roja de la constelación del Escorpión. Sin embargo, Antares es 10^51 veces más pequeña que nuestra galaxia, la Vía Láctea. Por último, la Vía Láctea es 5*10^19 veces más pequeña que nuestro Universo.
Conexión con la Gran Idea sobre la energía: La creación de nuestro Universo fue el proceso más energético que ha ocurrido, pero otros procesos de alta energía que observamos incluyen la explosión de estrellas masivas y el estallido de rayos gamma. Durante la explosión de una estrella (explosión de supernova), la energía emitida es comparable a la que irradia el Sol durante toda su vida. Las explosiones de rayos gamma son como "flashes fotográficos cósmicos" que pueden durar desde unos pocos milisegundos hasta varias horas y su brillo es un trillón de veces mayor que el del Sol.
Conexión con la Gran Idea sobre las fuerzas: Nuestro Universo se extiende desde el microcosmos hasta el macrocosmos, y las interacciones nucleares fuertes, débiles y electromagnéticas se producen a escala subatómica. El electromagnetismo y la gravitación se producen a escalas mayores, donde podemos ver sus efectos directamente.
La teoría más aceptada sobre el origen del universo es la del Big-Bang, que afirma que el universo nació hace 13.800 millones de años al expandirse desde un estado de muy alta densidad y muy alta temperatura. A medida que el Universo se expandía, la materia comenzó a fusionarse en nubes de gas y, posteriormente, en estrellas y planetas. Nuestro sistema solar se formó hace unos 4.500 millones de años, cuando el Universo tenía un 65% de su tamaño actual. En la actualidad, el Universo sigue expandiéndose.
Conexión con la Gran Idea sobre la energía: Toda la energía del Universo estuvo una vez contenida en un único punto que explotó hace 13.800 millones de años (Big Bang), formando todo lo que hay en el Universo. Para explicar la naturaleza homogénea de la radiación sobrante del Big Bang, se ha sugerido un periodo de inflación, en el que el Universo se expandió rápidamente después del Big Bang.
Conexión con la Gran Idea sobre las fuerzas: La explosión del Big Bang tuvo una energía tan tremenda que, debido a ella, el universo siguió expandiéndose 13.800 millones de años después. La gravedad hizo que la materia se acumulara, formando tanto la estructura a gran escala (galaxias, etc.) como los sucesos a menor escala, como los planetas que orbitan alrededor de las estrellas. Una teoría sugiere que hasta 10-43 segundos después del Big Bang, las 4 fuerzas fundamentales tenían la misma fuerza y estaban unificadas en una sola fuerza fundamental.
Conexión con la Gran Idea sobre las partículas: Las partículas elementales se crearon unas fracciones de segundo después del Big Bang. Con el paso del tiempo interactuaron para formar otras partículas como los protones, neutrones, átomos y moléculas, que a su vez crearon las estrellas, los planetas y todos los objetos celestes que vemos hoy en día.
Nuestro sistema solar es una parte muy pequeña de nuestra galaxia, que a su vez es una parte muy pequeña del universo. Las estrellas, los planetas, los asteroides y las lunas no son los únicos objetos del universo. También se encuentran en el universo nebulosas, agujeros negros, estrellas de neutrones, estrellas blancas y marrones.
La radiación cósmica (o rayos cósmicos) está compuesta por partículas de muy alta energía, como protones y núcleos atómicos, que se originan principalmente fuera del sistema solar. Se cree que estas partículas obtuvieron su alta energía a través de la aceleración en las ondas de choque que se alojan en varios objetos astrofísicos como remanentes de supernovas, estrellas de neutrones y núcleos galácticos activos.
Conexión con la Gran Idea sobre la energía: Las partículas de alta energía que forman los rayos cósmicos obtuvieron su energía mediante colisiones en las ondas de choque de los objetos astrofísicos. Su energía puede ser de hasta 1020 eV. Esta energía es comparable a la de una pelota de tenis que se desplaza a una velocidad de 70 km/h. Imagina toda esta energía agrupada en un solo protón que es unas 1025 veces más pequeño.
Conexión con la Gran Idea sobre las fuerzas: La aurora boreal es una buena demostración de la interacción entre las partículas cargadas y los campos magnéticos. Estas partículas procedentes del Sol pueden quedar atrapadas en el campo magnético de la Tierra. La fuerza magnética guía los rayos cósmicos hacia los polos magnéticos de la Tierra, durante los cuales chocan con los átomos del aire, dando lugar a la típica aurora boreal.
Conexión con la Gran Idea sobre las partículas: Las partículas que forman los rayos cósmicos son en un 90% protones (es decir, núcleos de hidrógeno); en un 9% partículas alfa, (núcleos de helio); y en un 1% son núcleos de elementos más pesados. Una fracción muy pequeña son partículas estables de antimateria, como positrones o antiprotones
Conexión con la Gran Idea sobre la Tierra: Las erupciones solares muy potentes provocan tormentas de rayos cósmicos que pueden dañar los satélites e influir en cortes de energía. El conocimiento de los rayos cósmicos es necesario para encontrar soluciones para protegernos y minimizar los daños.
Las lunas, los cometas y los asteroides son objetos más pequeños que los planetas que pueden orbitarlos o girar alrededor de la estrella madre. Las lunas, también llamadas satélites naturales, orbitan alrededor de los planetas, mientras que los cometas y asteroides viajan alrededor de la estrella y pueden chocar ocasionalmente con una luna o un planeta o incluso con la estrella.
Conexión con la Gran Idea sobre la energía: De vez en cuando, los cometas y asteroides chocan con otros cuerpos, transfiriendo una gran cantidad de su energía al objeto que colisiona. La energía de los cometas y asteroides se convierte a través de la colisión en calor y energía potencial, desformando la superficie del otro objeto
Conexión con la Gran Idea sobre las fuerzas: Todos los objetos del Universo se atraen entre sí mediante la fuerza gravitatoria. Las lunas se mantienen en órbita alrededor de los planetas gracias a esta fuerza, y los cometas y asteroides se mantienen en órbita alrededor del Sol gracias a la misma fuerza, pero cuando viajan a través del Sistema Solar pueden pasar por otros cuerpos y ser atraídos gravitatoriamente por ellos (la cantidad depende de la masa de esos objetos), cambiando así su trayectoria.
Conexión con la Gran Idea sobre las partículas: Las partículas son los bloques de construcción de la materia en nuestro sistema solar, formando los átomos y las moléculas que colapsaron bajo la gravedad hace 4.600 millones de años, creando a su vez la estrella, los planetas, las lunas, los cometas y los asteroides que observamos hoy.
Los planetas son objetos celestes mucho más pequeños que las estrellas que orbitan alrededor de una estrella. Su forma es casi redonda debido a su propia gravedad, pero su masa no es lo suficientemente elevada como para producir su propia luz (como hacen las estrellas). Alrededor de nuestra estrella, el Sol, hay 8 planetas en órbita, entre ellos la Tierra. Recientemente se han descubierto varios miles de planetas orbitando alrededor de otras estrellas. Estos planetas se llaman exoplanetas y se ha descubierto que algunos de ellos residen en la zona habitable de su estrella, lo que significa que es posible que exista agua líquida en la superficie de un planeta de tipo terrestre, y el agua líquida es un requisito previo para la vida tal y como la conocemos.
Conexión con la Gran Idea sobre la energía: Los exoplanetas emiten energía, al igual que la Tierra. Sin embargo, la energía que irradia su estrella central es mucho mayor Por lo tanto, es imposible ver los exoplanetas directamente y hay que aplicar técnicas especiales para observar e identificar los exoplanetas.
Conexión con la Gran Idea sobre las fuerzas: Todos los objetos del Universo se atraen entre sí mediante la fuerza gravitatoria. En nuestro sistema solar, esta fuerza actúa para mantener la Tierra y otros planetas en movimiento orbital alrededor de nuestra estrella central, el Sol. Los exoplanetas se mantienen en órbita alrededor de su estrella madre mediante la misma fuerza.
Conexión con la Gran Idea sobre la evolución: La vida ha evolucionado en la Tierra debido a una serie de factores, como la proximidad al Sol, la ubicación en el sistema solar y el efecto "guardaespaldas" de Júpiter, cuya gran masa atrae a asteroides y cometas que, de otro modo, podrían estar en curso de colisión con la Tierra. Es posible que haya vida en otros exoplanetas del Universo, pero se requieren condiciones especiales para que la vida se desarrolle en primer lugar.
Las galaxias son enormes vecindarios de estrellas, gas, polvo, restos estelares y materia oscura. Tienen diferentes formas y tamaños. Según su forma, se clasifican en espirales, elípticas o irregulares. Una galaxia media tiene aproximadamente 100.000 millones de estrellas. Hay al menos 200.000 millones de galaxias en el universo visible.
Conexión con la Gran Idea sobre la energía: Las galaxias tienen diferentes formas y tamaños: pueden ser elípticas, irregulares o espirales. La energía de los enormes depósitos de gas y polvo que se fusionan para formar las galaxias más grandes, influye en la forma de la galaxia.
Conexión con la Gran Idea sobre las fuerzas: Las galaxias son enormes conjuntos de estrellas, gas, polvo y materia oscura, todos ellos unidos por la gravedad.
Conexión con la Gran Idea sobre la Tierra: El Sistema Solar está situado dentro del disco, a unos 26.000 años-luz del Centro Galáctico, en el borde interior de una de las concentraciones de gas y polvo en forma de espiral llamada Brazo de Orión. Esta posición específica del Sistema Solar es un factor crucial en la historia evolutiva de la vida en la Tierra. Nuestro vecindario galáctico tiene una concentración bastante baja de supernovas, inestabilidades gravitacionales y radiaciones que podrían perturbar el Sistema Solar.
Las estrellas, como todo lo demás en el Universo, nacen, evolucionan y finalmente mueren. El combustible que les da vida es la fusión nuclear que se produce en sus núcleos. El parámetro crítico que determina su vida y su muerte es su masa. Las estrellas de baja masa (hasta 8 veces la masa del Sol) suelen vivir mucho tiempo (hasta 100.000 millones de años) y mueren tranquilamente formando una enana blanca. Las estrellas más masivas tienen vidas mucho más cortas y su muerte es explosiva (explosión de supernova) formando una estrella de neutrones o un agujero negro.
Conexión con la Gran Idea sobre la energía: Las estrellas producen energía a lo largo de su vida mediante el proceso de fusión nuclear. Esta energía se irradia en forma de calor y radiación electromagnética Las estrellas masivas liberan enormes cantidades de energía al final de su vida cuando el proceso de fusión se detiene y la estrella colapsa hacia el interior por su propia gravedad.
Conexión con la Gran Idea sobre las fuerzas: Las cuatro fuerzas desempeñan un papel en la vida y la muerte de una estrella. Las estrellas producen energía en su vida adulta a través de la fuerza fuerte y débil. En objetos exóticos como las enanas blancas y las estrellas de neutrones, la interacción fuerte es importante para mantener los objetos estables. La gravedad masiva de las estrellas es lo que las hace colapsar una vez que agotan sus combustibles. Objetos como las enanas blancas, las estrellas de neutrones y los agujeros negros son tan masivos que la fuerza de su propia gravedad es tremenda. La materia ionizada en el interior de las estrellas crea fuertes campos electromagnéticos debido a la interacción electromagnética.
Conexión con la Gran Idea sobre la Tierra: La vida en la Tierra existe gracias a la energía recibida de nuestra propia estrella, el Sol. Todos los elementos hasta el hierro que conforman la vida en la Tierra provienen de los núcleos de las estrellas. Todos los elementos más pesados que el hierro se crearon en su día durante las supernovas que marcan la muerte de ciertas estrellas.
La Tierra es una pequeña parte de nuestro sistema solar. El Sol está en el centro de nuestro sistema solar; los planetas, asteroides y cometas orbitan alrededor del Sol. Algunos planetas tienen lunas que orbitan a su alrededor. El diámetro del Sol es unas 110 veces mayor que el de la Tierra.
El Sol, la Tierra y la Luna constituyen un triple sistema jerárquico. La Tierra gira alrededor de sí misma, la Luna gira alrededor de la Tierra y los dos objetos giran juntos alrededor del Sol. La rotación de la Tierra alrededor de sí misma dura 24 horas y crea el día y la noche. La revolución completa de la Tierra alrededor del Sol dura un año. Por último, la Luna realiza una revolución completa alrededor de la Tierra en unos 29 días. La revolución de la Luna alrededor de la Tierra produce varios fenómenos, siendo el más importante las mareas.
Conexión con la Gran Idea sobre la energía: La energía calorífica del Sol permite la existencia de la vida en la Tierra, a través de reacciones químicas como la fotosíntesis. Las órbitas de la Tierra y la Luna están determinadas por sus energías mecánicas.
Conexión con la Gran Idea sobre las fuerzas: La Luna se mantiene en órbita alrededor de la Tierra por la fuerza de la gravedad; la Tierra se mantiene en órbita alrededor del Sol por la misma fuerza. La gravedad entre estos objetos afecta a la vida en la Tierra y provoca diferentes fenómenos como las mareas.
Nuestro sistema solar tiene su origen en una nube de gas y polvo interestelar que, o bien empezó a colapsar por su propia gravedad, o bien se colapsó debido a alguna perturbación hace 4.600 millones de años. La mayor parte del gas y el polvo formaron el Sol primitivo, mientras que una parte del gas/polvo restante siguió orbitando alrededor del Sol y acabó formando los planetas, sus lunas y todos los demás objetos menores del sistema solar. La propia nube fue formada por generaciones anteriores de estrellas que terminaron su vida y devolvieron parte de su materia al medio interestelar.
Conexión con la Gran Idea sobre las fuerzas: Nuestro Sistema Solar se formó gracias al colapso de una enorme nube de gas y polvo por la fuerza de la gravedad.
Conexión con la Gran Idea sobre las partículas: Todos los elementos (aparte del hidrógeno y el helio) de los que está hecho el sistema solar, se formaron por fusión nuclear en el núcleo de estrellas masivas, que estaban en nuestra vecindad y explotaron como supernovas. Cuando estas estrellas explotaron, estos elementos expulsados formaron una nube gigante. Hace 4.500 millones de años la nube colapsó por su propia gravedad formando nuestro sistema solar.
En nuestro sistema solar hay 8 planetas que giran alrededor del Sol. El tercer planeta más cercano al Sol es la Tierra. La parte interior de nuestro sistema solar tiene cuatro planetas terrestres (sólidos) (Mercurio, Venus, Tierra y Marte) mientras que la parte exterior tiene cuatro planetas gigantes (Júpiter, Saturno, Urano, Neptuno) compuestos principalmente por gas y hielo. Todos los planetas son muy pequeños en comparación con nuestro Sol. Nuestro Sol constituye el 99,86% de la masa total del sistema solar, mientras que todos los planetas combinados, junto con sus lunas y asteroides, representan sólo el 0,14%.
Conexión con la Gran Idea sobre la energía: Las órbitas de los objetos celestes de nuestro sistema solar (planetas, cometas, asteroides) se describen mediante las secciones cónicas (por ejemplo, las elipses). El tipo y las propiedades de la sección cónica que seguirá un objeto celeste están determinados por la energía orbital específica entre el objeto y el Sol, que es la suma constante de su energía potencial mutua y su energía cinética total dividida por la masa reducida.
Conexión con la Gran Idea sobre las fuerzas: Todos los objetos del Universo se atraen entre sí mediante la fuerza gravitatoria. En nuestro sistema solar, esta fuerza actúa para mantener la Tierra y otros planetas en movimiento orbital alrededor de nuestra estrella central, el Sol.
Conexión con la Gran Idea sobre la Tierra: La Tierra puede albergar vida debido a su posición precisa respecto a nuestra estrella, el Sol. La zona alrededor de una estrella que permite la formación de vida se llama zona habitable. La Tierra es el único planeta de nuestro sistema que se encuentra en la zona habitable. Otro parámetro crítico que permite la creación y el mantenimiento de la vida en la Tierra es la existencia de los planetas Júpiter y Saturno. Los dos planetas gigantes gaseosos protegen a la Tierra de la colisión frecuente con objetos celestes de movimiento rápido, como los cometas, ya que los dos planetas los atraen debido a sus inmensos campos gravitatorios.
La energía no puede crearse ni destruirse. Sólo puede transformarse de una forma a otra. La transformación de la energía puede dar lugar a un cambio de estado o de movimiento. La energía también puede convertirse en masa y viceversa.
Versión para las edades de 12 a 15 años
Cuando la energía se transforma de una forma a otra, su cantidad total permanece constante. La transferencia de energía de un cuerpo (o sistema) a otro o el cambio de su forma pueden provocar un cambio de estado o de movimiento. La cantidad de energía transferida o transformada durante un movimiento se llama trabajo.
Versión para niños de 9 a 12 años
La energía es lo que hace posible todo cambio en el universo. La energía puede tener muchas caras (formas) y puede transferirse de un cuerpo o sistema a otro. Sin embargo, su cantidad total permanece constante. No puede crearse ni destruirse.
La energía es necesaria para que se produzcan las reacciones químicas. Cuando se desencadena una reacción química, la energía se transforma. Todos los organismos vivos transforman la energía de una forma a otra para poder alimentar sus actividades.
En la vida cotidiana, los seres humanos utilizan fuentes de energía renovables y no renovables para transformar la energía en formas utilizables como la energía eléctrica y cinética para satisfacer sus necesidades.
Conexión con la Gran Idea sobre la célula: Los organismos vivos realizan numerosos procesos para obtener energía para sus necesidades cotidianas.
Conexión con la Gran Idea sobre la Tierra: El consumo de energía es una parte esencial en todos los aspectos de la vida cotidiana. Los seres humanos utilizan fuentes de energía renovables y no renovables para producir energía utilizable.
Todos los organismos vivos necesitan energía para sobrevivir. Los organismos transforman diferentes tipos de energía en energía química, que sus células utilizan para realizar todas las funciones necesarias para la supervivencia del organismo.
Conexión con la Gran Idea sobre la evolución: Parte de la evolución también implica el perfeccionamiento de los mecanismos mediante los cuales los organismos vivos utilizan la energía para sobrevivir.
Conexión con la Gran Idea sobre la célula: Durante la respiración aeróbica, la energía es producida y transportada por moléculas de glucosa y de trifosfato de adenosina (ATP).
Conexión con la Gran Idea sobre la Tierra: Todos los organismos vivos de la Tierra dependen del Sol y de los suministros terrestres (vivos y no vivos) para consumir la energía que necesitan para sobrevivir. Toda la cadena alimentaria se basa en este concepto.
Durante los procesos químicos las sustancias rompen o forman enlaces para crear otras sustancias. Durante estos procesos se absorbe o se emite energía. Los procesos químicos se clasifican como endotérmicos o exotérmicos en función de si emiten o absorben energía.
Conexión con la Gran Idea sobre las fuerzas: La fuerza electromagnética es responsable de todos los procesos químicos. Cuando se producen procesos químicos, se absorbe o se libera energía.
Conexión con la Gran Idea sobre las partículas: Los átomos que participan en los procesos químicos pueden absorber o liberar energía. Las reacciones químicas en la naturaleza se producen para que los átomos y las moléculas alcancen la menor energía potencial posible almacenada en sus enlaces.
Conexión con la Gran Idea sobre la célula: Las células utilizan las reacciones químicas para producir la energía necesaria para los diferentes procesos que deben realizar y, en última instancia, para su supervivencia.
Los objetos pueden interactuar a distancia o en contacto, a través de las interacciones fundamentales. Cuando se producen estas interacciones, la energía se transfiere o se transforma. Dependiendo de la fuerza que actúe, tenemos diferentes formas de energía.
La radiación electromagnética (luz) son ondas electromagnéticas que se propagan por el espacio. Existen muchos tipos de estas ondas en función de la frecuencia (rayos X, ultravioleta, luz visible, infrarrojos, etc.). La energía radiante es la energía de las ondas electromagnéticas.
Conexión con la Gran Idea sobre las fuerzas: Cuando una superficie está expuesta a la radiación electromagnética, los fotones interactúan con esa superficie (provocando lo que llamamos) la presión de la radiación) y, por tanto, una fuerza actúa sobre ella. Un ejemplo de esta interacción son las colas de los cometas, que siempre tienen una dirección opuesta a la del Sol debido a su presión de radiación.
Conexión con la Gran Idea sobre el universo: Las estrellas y galaxias de todo el Universo emiten radiación electromagnética en diferentes longitudes de onda. La radiación electromagnética es el único medio que tenemos hasta ahora para recoger información del universo. Actualmente, los científicos están buscando formas de detectar otros tipos de energía radiante, como los neutrinos y las ondas gravitacionales, que cambiarán radicalmente la forma en que percibimos nuestro universo.
Conexión con la Gran Idea sobre las partículas: La radiación electromagnética es transportada por partículas llamadas fotones. Las partículas subatómicas interactúan entre sí emitiendo radiación electromagnética. Los átomos y las moléculas pueden absorber la radiación electromagnética, lo que aumenta su energía cinética. Así, pueden ionizarse o interactuar entre sí.
Conexión con la Gran Idea sobre el quantum: Cuando la luz incide sobre un material, sus partículas interactúan con los fotones entrantes y emiten electrones (efecto fotoeléctrico). La luz se transporta en paquetes de cuantos discretos (fotones).
Conexión con la Gran Idea sobre la evolución: La intensidad y disponibilidad de la luz tiene una influencia sustancial en la biodiversidad, ya que es esencial para muchos procesos (como la fotosíntesis). Sin embargo, la radiación electromagnética de alta energía (por ejemplo, los rayos UV y los rayos X) puede ser perjudicial, ya que puede provocar cambios en el ADN de los organismos vivos.
Conexión con la Gran Idea sobre la célula: Las células pueden absorber la radiación electromagnética (y, por tanto, la energía) procedente del Sol para realizar procesos esenciales para su supervivencia (como la síntesis de vitamina D en los seres humanos o la conversión de dióxido y agua en glucosa y oxígeno en las plantas). La exposición excesiva a la radiación electromagnética (procedente, por ejemplo, de los teléfonos móviles) puede, sin embargo, destruir las células debido al elevado aumento de su temperatura.
Conexión con la Gran Idea sobre la Tierra: La atmósfera terrestre absorbe gran parte de la radiación electromagnética (rayos gamma, rayos X y algunos ultravioletas e infrarrojos). Sin embargo, una parte llega a la superficie de la Tierra (óptica, luz, microondas y algo de ultravioleta e infrarrojo). Este bloque de radiaciones muy energéticas, como la ultravioleta y los rayos X de la atmósfera, es crucial para la vida en la Tierra.
La teoría de la relatividad de Einstein muestra que la materia (como masa) y la energía pueden convertirse la una en la otra según la famosa ecuación E = m c^2. La energía puede convertirse en masa (por ejemplo, la producción de pares) y viceversa (por ejemplo, la aniquilación)
Conexión con la Gran Idea sobre las fuerzas: Una fuerza que actúe sobre un objeto provocará su aceleración o cambio de forma. Según la descripción de la relatividad especial, para velocidades cercanas a la de la luz, la masa del objeto aumenta.
Conexión con la Gran Idea sobre el universo: Todo el Universo está formado por energía y materia. Sin embargo, alrededor del 95% de ésta no se puede ver realmente, lo que llamamos energía y materia oscura.
Conexión con la Gran Idea sobre la cuántica: La teoría cuántica restringe la energía a valores discretos (quanta). En el caso de las partículas subatómicas, la masa puede transformarse en energía y viceversa a través de diferentes fenómenos subatómicos.
La desintegración radiactiva es el proceso por el que un núcleo atómico inestable pierde energía emitiendo radiación. La radiación puede ser partículas alfa, electrones, positrones o, finalmente, fotones. La desintegración radiactiva es un proceso espontáneo y obedece a las leyes de la teoría cuántica. La energía de enlace es la energía que mantiene unido un núcleo atómico debido a la fuerza nuclear fuerte. Cada elemento se describe con una cantidad específica de energía de enlace. Las energías de enlace más altas corresponden a núcleos atómicos más estables.
Conexión con la Gran Idea sobre las fuerzas: La fuerza nuclear débil es la responsable de la desintegración radiactiva y de la transformación de los neutrones en protones, electrones y neutrinos. La interacción fuerte es la que forma todas las partículas (excepto las elementales) y las mantiene unidas en los núcleos. La energía almacenada por la energía fuerte se llama energía de enlace.
Conexión con la Gran Idea sobre el universo: La energía nuclear se genera en el interior de las estrellas mediante la fusión nuclear de elementos. Esto es lo que impulsa a una estrella durante toda su vida.
Conexión con la Gran Idea sobre las partículas: La desintegración radiactiva (que se produce de forma espontánea) y la fusión y fisión nucleares (que modifican la energía de enlace de un sistema de partículas) son fenómenos que ocurren entre partículas microscópicas.
Conexión con la Gran Idea sobre el quantum: Las desintegraciones radiactivas obedecen a las leyes de la mecánica cuántica. Según la descripción de la física clásica, las desintegraciones radiactivas no podrían producirse.
Conexión con la Gran Idea sobre la Tierra: La desintegración de elementos radiactivos en el interior de la Tierra genera gran parte de la energía geotérmica de la Tierra. Los elementos radiactivos presentes en las rocas y los fósiles ayudan a los científicos a determinar su edad. Así, basándose en ellos, nos hacemos una mejor idea de la historia y la evolución de la Tierra.
La energía gravitatoria es la energía almacenada en un sistema de cuerpos con masas debido a su interacción gravitatoria.
Conexión con la Gran Idea sobre las fuerzas: La interacción gravitatoria es responsable de la energía potencial almacenada en sistemas de objetos con masa.
Conexión con la Gran Idea sobre el universo: La energía gravitatoria es ejercida por todos los objetos del Universo. Es lo que mantiene a la Tierra y a los planetas en órbita alrededor del Sol y a nuestro Sistema Solar en órbita alrededor del centro de la Vía Láctea. La evolución del propio Universo está determinada por la fuerza gravitatoria global de los objetos que lo componen.
Conexión con la Gran Idea sobre la cuántica: Una de las cuestiones más importantes sin respuesta de la física es cómo la gravedad descrita por la teoría de la relatividad general puede reconciliarse con las leyes de la física cuántica para producir una teoría completa y autoconsistente de la gravedad cuántica. La cuestión principal es si la energía gravitatoria entra en el quantum como ocurre con el resto de las tres fuerzas fundamentales.
Conexión con la Gran Idea sobre la Tierra: La energía gravitatoria entre la Tierra y los objetos que alberga es la razón por la que estamos limitados a nuestro planeta. Los cohetes para ser lanzados fuera de la Tierra deben obtener una energía cinética superior a la energía gravitatoria de la Tierra.
La energía potencial eléctrica es la energía almacenada debido a la interacción de las partículas cargadas. La energía eléctrica es la energía derivada de la energía potencial eléctrica (o energía cinética) y se utiliza en los circuitos eléctricos. Toda partícula cargada en movimiento produce un campo magnético a su alrededor. La energía almacenada en este campo se llama energía magnética.
Conexión con la Gran Idea sobre las fuerzas: La eléctrica y la magnética se almacenan en un sistema de partículas cargadas debido a las fuerzas eléctricas y magnéticas que actúan entre sí.
Conexión con la Gran Idea sobre el universo: La materia de las estrellas está formada por partículas ionizadas debido a las altas temperaturas estelares. Esta materia ionizada en rotación transporta energía eléctrica y magnética y provoca fenómenos importantes como los vientos magnéticos solares. En algunos casos, estos fenómenos pueden ser extremos y determinar la naturaleza y la evolución del objeto celeste (por ejemplo, las estrellas de neutrones).
Conexión con la Gran Idea sobre las partículas: Las partículas transportan energía electromagnética. Aparte de los fenómenos gravitacionales, todos los demás fenómenos de nuestra vida cotidiana se deben al intercambio de energía electromagnética entre partículas.
Conexión con la Gran Idea sobre la Tierra: La Tierra tiene su propio campo magnético que nos protege del viento solar. Las partículas solares son bloqueadas por el campo magnético de la Tierra a una distancia en la que la energía del viento solar es contrarrestada por la energía magnética de la Tierra (radio de Alfen).
La energía puede transferirse de un objeto a otro o al entorno cuando una fuerza actúa sobre él. Sin embargo, la cantidad total de energía siempre es la misma. Las dos formas principales de energía son la energía potencial y la energía cinética, mientras que las dos formas de "energía en tránsito" (o tipos de proceso de transferencia) son el calor y el trabajo
Una fuente de energía es cualquier sistema físico o artificial capaz de producir energía. Las fuentes de energía pueden ser renovables (como la energía solar) o no renovables (como el petróleo). Pueden tener una baja eficiencia de conversión (como el carbón o el gas) o una alta (como la energía hidroeléctrica).
Conexión con la Gran Idea sobre las fuerzas: Las fuentes de energía sólo pueden ser aprovechables mediante la acción de fuerzas que permiten la transformación de la energía. Las fuentes de energía se utilizan para producir trabajo mecánico y, por tanto, energía utilizable.
Conexión con la Gran Idea sobre el universo: Las estrellas son una de las fuentes de energía dominantes del universo. Parece que hay enormes cantidades de energía capaces de causar la expansión acelerada del Universo. La fuente de esa energía es desconocida y por eso se la llama "energía oscura".
Conexión con la Gran Idea sobre las partículas: Los enlaces químicos almacenan energía, que puede ser liberada y utilizada a través de reacciones químicas. La fusión y fisión nuclear de los núcleos atómicos libera enormes cantidades de energía que la humanidad utiliza (o intenta utilizar) para sus necesidades.
Conexión con la Gran Idea sobre la Tierra: Existen numerosas fuentes de energía disponibles en la Tierra, algunas de las cuales son renovables (energía solar) y otras no (los combustibles fósiles son depósitos geológicos enterrados de plantas y organismos muertos que quemamos para generar energía). El balance energético de la Tierra representa el equilibrio entre la energía que la Tierra recibe del Sol y la que irradia al espacio exterior. La energía absorbida se distribuye entre los componentes del sistema climático de la Tierra, alimentando el llamado "motor térmico de la Tierra".
Las ondas mecánicas son una oscilación de la materia que transfiere energía a través de un medio. La oscilación no provoca el movimiento de la materia. La onda mecánica se desplazará hasta que se transfiera toda la cantidad inicial de energía. Las ondas sonoras y las olas del mar son ejemplos de ondas mecánicas.
Conexión con la Gran Idea sobre las fuerzas: Una onda mecánica es una oscilación de la materia y, por tanto, transfiere energía a través de un medio (no de la masa). La velocidad, el tamaño y la forma de la onda dependen de las propiedades mecánicas del medio y de la fuerza que ha provocado la onda.
Conexión con la Gran Idea sobre las partículas: La propagación de las ondas mecánicas depende en gran medida del tipo de enlaces entre las moléculas que forman el medio. Las ondas mecánicas se propagan más rápidamente en los sólidos que en los líquidos y los gases.
Conexión con la Gran Idea sobre la Tierra: Los terremotos provocan ondas mecánicas que viajan por el interior y la superficie de la Tierra. Las ondas "P" son ondas longitudinales que viajan hacia el interior de la Tierra y las ondas "S" son ondas transversales que llegan a la superficie terrestre.
La energía mecánica es la suma de la energía potencial y la energía cinética (las dos formas principales de energía). Cuando en un objeto sólo actúan fuerzas conservativas (por ejemplo, la gravedad) su energía mecánica se mantiene constante. Las colisiones elásticas son ejemplos en los que la energía mecánica de un sistema se conserva.
Conexión con la Gran Idea sobre las fuerzas: El principio de conservación de la energía mecánica establece que la energía mecánica total de un sistema permanece constante mientras las únicas fuerzas que actúan son las conservadoras (por ejemplo, la gravedad o la fuerza eléctrica). Las colisiones elásticas son un ejemplo en el que la energía mecánica se conserva.
Conexión con la Gran Idea sobre el universo: Cualquier objeto en movimiento tiene energía mecánica. Por ejemplo, la órbita de un planeta alrededor de una estrella está determinada por su energía mecánica.
Conexión con la Gran Idea sobre las partículas: Los electrones tienen energía mecánica debido a sus órbitas alrededor del núcleo atómico. Las órbitas de los electrones están definidas por la energía mecánica del sistema.
Conexión con la gran idea sobre el quantum: En contra de la predicción de la electrodinámica clásica, la existencia de átomos estables según la teoría de Bohr se debe a la presencia de trayectorias específicas de electrones en órbita en las que la energía mecánica del sistema permanece constante.
El calor es una forma de energía. La energía puede fluir de un cuerpo a otro (energía en tránsito) en forma de calor cuando los dos cuerpos en contacto tienen diferente temperatura. El intercambio de calor puede modificar la energía interna de un cuerpo o/y ser consumido por el absorbente como trabajo mecánico. La termodinámica estudia la relación entre el calor y otras formas de energía. Existen cuatro leyes universales a través de las cuales la termodinámica describe la relación entre el calor y otras formas de energía.
Conexión con la Gran Idea sobre las fuerzas: La termodinámica trata de la conversión del calor en trabajo mecánico mediante la acción de una fuerza. Esta rama de la física comenzó a desarrollarse tras la constatación de que el vapor caliente es capaz de producir fuerzas tremendamente elevadas.
Conexión con la Gran Idea sobre el universo: El calor y la energía radiante se producen en los núcleos de las estrellas. Calienta los planetas y otros objetos que orbitan alrededor de la estrella. Las propiedades del Universo como su temperatura, presión, densidad así como todas estas de los objetos celestes que se incluyen en él, obedecen a las cuatro leyes de la termodinámica
Conexión con la Gran Idea sobre las partículas: El calor puede aumentar la temperatura de los objetos, lo que a su vez aumenta el movimiento de las partículas haciendo que la materia cambie de estado. La temperatura de las partículas puede potenciar o disminuir las reacciones químicas. Las temperaturas muy altas son capaces de desencadenar reacciones nucleares entre las partículas.
Conexión con la Gran Idea sobre la cuántica: Para los sistemas caracterizados por una temperatura muy baja o/y una materia muy condensada las leyes de la termodinámica ya no son aplicables ya que para estas condiciones los efectos cuánticos son esenciales. El campo que estudia estos casos se llama termodinámica cuántica.
Conexión con la Gran Idea sobre la célula: Las células utilizan varios tipos de energía para realizar diferentes funciones durante las cuales producen calor. Las células disponen de mecanismos específicos para mantener su temperatura constante emitiendo o absorbiendo calor del entorno.
Conexión con la Gran Idea sobre la Tierra: Las leyes de la termodinámica determinan el clima de nuestro planeta. Las cantidades excesivas de calor producidas en la Tierra pueden elevar la temperatura del planeta y repercutir en los cambios climáticos.
La energía se conserva siempre, pero puede transformarse en diferentes formas. Sin embargo, no todas las formas de energía pueden producir la misma cantidad de trabajo. La degradación de la energía se produce cuando una determinada cantidad de energía se transforma de una forma a otra que puede producir menos trabajo. El calor es la forma de degradación de energía más común.
Conexión con la Gran Idea sobre las fuerzas: Para que se produzca la transformación y/o degradación de la energía, es necesario que actúen una o varias fuerzas.
Conexión con la Gran Idea sobre el universo: La energía se conserva en todo el Universo en todas las escalas y en todos los procesos, incluso en los más extremos.
Conexión con la Gran Idea sobre las partículas: La energía se conserva en todos los procesos químicos y nucleares. La energía puede degradarse a través de estos procesos. Las reacciones químicas y nucleares pueden transformar la energía de enlace de las moléculas y partículas en formatos utilizables y viceversa.
Conexión con la Gran Idea sobre el quantum: La conservación de la energía se aplica incluso en el mundo cuántico. La ecuación de Schrödinger, la principal ecuación que describe el mundo cuántico, se construyó basándose en la conservación de la energía.
Conexión con la Gran Idea sobre la evolución: Uno de los principales parámetros que determinan la selección natural es la capacidad de la especie para obtener todos los suministros de energía necesarios para su supervivencia.
Conexión con la Gran Idea sobre las células: Todas las células necesitan energía para funcionar. Los procesos que ocurren en las células degradan otros tipos de energía (como la energía química) en calor.
Conexión con la Gran Idea sobre la Tierra: El planeta tiene una cantidad limitada de nueva energía renovable. La constante degradación de energía de otras formas a calor, afecta al clima de nuestro planeta. Nuestra capacidad para satisfacer las necesidades energéticas del mundo sin destruir el planeta en el que vivimos es una de las cuestiones más cruciales de la humanidad.
