Análisis Relativista del comportamiento de micro-naves con velas solares para su divulgación e implementación en el aula mediante metodología "Peer-Instruction".
Este trabajo de grado presenta un análisis del comportamiento de micro-naves con velas solares impulsadas mediante sistemas de energía directa, aplicando los principios de la relatividad especial. La investigación se enfoca en cómo estas naves, propulsadas por la presión de radiación, pueden alcanza...
- Autores:
-
Florez Sabogal, Sara Isabela
Avila Ruiz, Johan Leandro
- Tipo de recurso:
- Trabajo de grado de pregrado
- Fecha de publicación:
- 2024
- Institución:
- Universidad Distrital Francisco José de Caldas
- Repositorio:
- RIUD: repositorio U. Distrital
- Idioma:
- spa
- OAI Identifier:
- oai:repository.udistrital.edu.co:11349/91768
- Acceso en línea:
- http://hdl.handle.net/11349/91768
- Palabra clave:
- Relatividad especial
Micro naves
Vela solar
Instrucción por pares
Licenciatura en Física -- Tesis y disertaciones académicas
Relatividad especial y propulsión de micro-naves con velas solares
Peer-Instruction y enseñanza de la física moderna
Divulgación científica de conceptos relativistas a través de aplicaciones espaciales
Special relativity
Micro ships
Solar sail
Peer Instruction
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- Abierto (Texto Completo)
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Este trabajo de grado presenta un análisis del comportamiento de micro-naves con velas solares impulsadas mediante sistemas de energía directa, aplicando los principios de la relatividad especial. La investigación se enfoca en cómo estas naves, propulsadas por la presión de radiación, pueden alcanzar velocidades relativistas (alrededor del 20\% de la velocidad de la luz) y las implicaciones físicas y energéticas de dicho movimiento, las cuales incluyen el uso sistemas de energía directa, como lo son emisores de radicación electromagnética que pueden ser ubicados en instalaciones en la superficie terrestre, y apuntarse muchos de esos emisores para generar la potencia suficiente para originar la aceleración. Para ello, se revisan conceptos fundamentales como la dilatación temporal, la contracción espacial, la energía cinética y el impulso relativista, analizando su relevancia en el contexto de exploraciones espaciales a gran escala, como el proyecto Starshot, que propone enviar micro-naves a sistemas estelares cercanos como Alfa Centauri. El estudio también aborda la implementación didáctica de estos conceptos mediante la metodología "Peer Instruction", un enfoque pedagógico basado en la instrucción entre pares, que facilita el aprendizaje colaborativo y el desarrollo del pensamiento crítico en los estudiantes. El objetivo es hacer accesibles y comprensibles los fenómenos relativistas para estudiantes de física, conectando la teoría con aplicaciones prácticas a través del análisis de casos concretos como las micro-naves de vela solar. Finalmente, se propone una micro-clase que adapta estos conceptos al aula de clase, utilizando métricas de evaluación como el Factor de Ganancia de Hake y el Factor de Concentración de Bao y Redish para medir el impacto en el aprendizaje de los estudiantes. El estudio concluye con recomendaciones sobre la viabilidad de integrar estos conceptos y metodologías en la enseñanza de la física moderna. |
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Breakthrough initiatives. (s.f.). Breakthroughinitiatives.org. Recuperado el 6 de enero de 2024, de https://breakthroughinitiatives.org/initiative/3 Kulkarni, N., Lubin, P., & Zhang, Q. (2018). Relativistic spacecraft propelled by directed energy. The Astronomical Journal, 155(4), 155. Gleghorn, George; et al. (1995). Orbital Debris: A Technical Assessment (Report). National Academy of Sciences. Mazur, E. (2013). Peer instruction. A Users Manual.[Kindle Edition]. Retrieved from Amazon. com. Einstein, A. (2005). Sobre la electrodinámica de los cuerpos en movimiento. Teorema: Revista internacional de filosofía, 24(2), 91-119. Lara, F. (1988). Formas diferentes de obtener las transformaciones Lorentz. Ciencia Y Sociedad, 13(2), 208–23. https://doi.org/10.22206/cys.1988.v13i2.pp208-23 Rothberg, J. (s.f.)E. Relativistic Kinematics. Andrés, R. T. (s.f.). Introducción a la Relatividad Especial. 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Para ello, se revisan conceptos fundamentales como la dilatación temporal, la contracción espacial, la energía cinética y el impulso relativista, analizando su relevancia en el contexto de exploraciones espaciales a gran escala, como el proyecto Starshot, que propone enviar micro-naves a sistemas estelares cercanos como Alfa Centauri. El estudio también aborda la implementación didáctica de estos conceptos mediante la metodología "Peer Instruction", un enfoque pedagógico basado en la instrucción entre pares, que facilita el aprendizaje colaborativo y el desarrollo del pensamiento crítico en los estudiantes. El objetivo es hacer accesibles y comprensibles los fenómenos relativistas para estudiantes de física, conectando la teoría con aplicaciones prácticas a través del análisis de casos concretos como las micro-naves de vela solar. Finalmente, se propone una micro-clase que adapta estos conceptos al aula de clase, utilizando métricas de evaluación como el Factor de Ganancia de Hake y el Factor de Concentración de Bao y Redish para medir el impacto en el aprendizaje de los estudiantes. El estudio concluye con recomendaciones sobre la viabilidad de integrar estos conceptos y metodologías en la enseñanza de la física moderna.This thesis presents an analysis of the behavior of micro-ships with solar sails powered by direct energy systems, applying the principles of special relativity. The research focuses on how these ships, propelled by radiation pressure, can reach relativistic speeds (around 20\% of the speed of light) and the physical and energetic implications of such movement, which include the use of direct energy systems, such as electromagnetic radiation emitters that can be located in facilities on the Earth's surface, and pointing many of these emitters to generate enough power to cause acceleration. To do so, fundamental concepts such as time dilation, space contraction, kinetic energy and relativistic momentum are reviewed, analyzing their relevance in the context of large-scale space explorations, such as the Starshot project, which proposes sending micro-ships to nearby star systems such as Alpha Centauri.The study also addresses the didactic implementation of these concepts using the "Peer Instruction" methodology, a pedagogical approach based on peer instruction, which facilitates collaborative learning and the development of critical thinking in students. The goal is to make relativistic phenomena accessible and understandable for physics students, connecting theory with practical applications through the analysis of concrete cases such as solar sail micro-craft.Finally, a micro-class is proposed that adapts these concepts to the classroom, using evaluation metrics such as Hake's Gain Factor and Bao and Redish's Concentration Factor to measure the impact on student learning. The study concludes with recommendations on the feasibility of integrating these concepts and methodologies into the teaching of modern physics.pdfspaUniversidad Distrital Francisco José de CaldasRelatividad especialMicro navesVela solarInstrucción por paresLicenciatura en Física -- Tesis y disertaciones académicasRelatividad especial y propulsión de micro-naves con velas solaresPeer-Instruction y enseñanza de la física modernaDivulgación científica de conceptos relativistas a través de aplicaciones espacialesSpecial relativityMicro shipsSolar sailPeer InstructionAnálisis Relativista del comportamiento de micro-naves con velas solares para su divulgación e implementación en el aula mediante metodología "Peer-Instruction".Relativistic analysis of the behavior of micro-ships with solar sails for their dissemination and implementation in the classroom through “Peer-Instruction” methodology.bachelorThesisMonografíainfo:eu-repo/semantics/bachelorThesishttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fAbierto (Texto Completo)http://purl.org/coar/access_right/c_abf2Breakthrough initiatives. 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Sociedad Matemática Alemana.Díaz, J. M. P., & Bonilla, Y. J. C. (2019). Diagramas de Minkowski, evidencia geométrica de las consecuencias de la Teoría Especial de la Relatividad (TER). Revista Científica, (1), 17-25.Teigens, V.(s.f.) La carrera espacial (Vol. 1). Cambridge Stanford Books.Millán, J. M. L. (2012). La Guerra Fría y la carrera espacial. Un breve análisis histórico. Pasaje a la Ciencia, 13-20.Cuesta, J. M. V. (2021). El accidente de la soyuz 11 y el programa espacial soviético. Cabalgando la tormenta, 75.Manno, J. (1985). La historia militar del transbordador espacial. Ciencias, (007).Robayo, L. C. (2014). Historia espacial: Recuento histórico de su evolución y desarrollo. Revista de Derecho, Comunicaciones y Nuevas Tecnologías, (12), 16.Ingenuity mars helicopter. (2024, abril 8). Nasa.gov. https://science.nasa.gov/mission/mars-2020-perseveran ingenuity-mars-helicopter/NASA+ Streaming Service. (2023, noviembre 1). Artemis I: The documentary. 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