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Lección C3: Altitud y Temperatura


Información General
Los estudiantes compararán datos del tiempo de diferentes ubicaciones para descubrir el efecto que la altitud causa en la temperatura

Objetivos
Los estudiantes podrán:
  • Investigar como la altitud afecta el tiempo en una región en particular;
  • Determinar la relación entre la altitud y la temperatura; y,
  • Realizar predicciones básicas acerca de cómo cambia la temperatura con la altitud.

Tiempo o Duración
Un periodo de clase de 45 minutos.

Materiales

Preparación del Profesor

Procedimiento


Parte 1: Altitud y Temperatura
Comience guiando una breve discusión con los estudiantes preguntándoles si pueden nombrar algunas ciudades que estén colocadas a diferentes altitudes. Si los estudiantes no están familiarizados con la terminología, podría ser útil comparar una montaña con el nivel del mar como un ejemplo. Después de que mencionen varias ciudades, pregúnteles qué creen qué pasa con la temperatura a medida que la altitud aumenta o disminuye. Una vez que hayan dado algunas respuestas, pídales que piensen en algún método para probar sus hipótesis. Esto despertará su interés por el tema y hará que piensen en la relación entre la temperatura y la altitud. Opcionalmente, puede dividir a los estudiantes en parejas o grupos pequeños para que puedan compartir y discutir sus predicciones entre ellos.
  1. Use un mapa grande del Ecuador para mostrar las ubicaciones de la tabla, o distribuya mapas individuales a cada uno de los estudiantes o grupos. Podría mencionar que el Ecuador fue elegido como el país de ejemplo para mostrar la relación entre la altitud y la temperatura porque tiene varias ciudades con diferentes altitudes, todas localizadas alrededor de la misma latitud y ubicación. Esto es muy importante porque los estudiantes deben aprender que la única manera de confirmar la influencia que la altitud tiene sobre la temperatura es mantener todas las demás variables constantes. Por lo tanto, cualquier diferencia en temperatura puede ser atribuida a la altitud, porque es la única diferencia entre los lugares.
    • NOTA: Para los propósitos de esta actividad, el efecto que la latitud tendrá en la temperatura es despreciable porque todas las ubicaciones están dentro de dos grados de la línea ecuatorial
  2. Después de ubicar las ciudades en el mapa, pregunte a los estudiantes si pueden hacer alguna predicción acerca del clima para cualquiera de las localidades. Puede organizar a los estudiantes en parejas o grupos pequeños para que puedan compartir y discutir sus predicciones entre ellos; sin embargo, cada uno deberá contestar las preguntas individualmente.
    • Como una actividad opcional, lidere una discusión con toda la clase después de que los estudiantes hayan terminado de responder a las preguntas. Esto puede ayudar a los estudiantes a elaborar sus ideas.
  3. Como estas son lecturas del clima en tiempo real, las estaciones del clima de cada ubicación pueden enviar las temperaturas actuales hacia el sitio web a diferentes horas del día; por eso, sólo se debe comparar las temperaturas máximas pronosticadas para el día de hoy.

Parte 2: Analice los Datos
El efecto que la altitud tiene en la temperatura puede ser analizado usando un gráfico de dispersión para graficar las dos medidas. Los gráficos de dispersión demuestran un patrón en los datos y son similares a los gráficos lineales en que ambos comienzan por colocar puntos en el gráfico. Sin embargo, la diferencia radica en que los puntos no están unidos por líneas, sino que se añade una línea de tendencia donde aproximadamente la misma cantidad de puntos estén ubicados arriba y abajo de ella.

  1. Los estudiantes pueden usar una hoja de cálculo (recomendado) o dibujar un gráfico para colocar los puntos manualmente. Los estudiantes deberán rotular el eje x en metros de 0m a 7000m y el eje y en ºC de -15ºC a 35ºC.
  2. Podría necesitar demostrar a los estudiantes como añadir una recta de tendencia al gráfico, si muchos de ellos nunca han dibujado una. Es recomendable que no use los mismos datos, y debería mencionar que una recta de tendencia no debe cruzar todos los puntos, y que no deben unir los puntos, sino estimar donde debe ir la línea, para que haya aproximadamente el mismo número de puntos sobre la línea que debajo de ella.
    • Cuando esté explicando lo que es una línea de tendencia, podría ser útil mencionar que cuando la mayoría de los datos se encuentran cerca o sobre la recta, significa que hay una relación cercana entre ellos. Por otra parte, si los datos están distribuidos por todo el gráfico y es difícil dibujar la línea, esto probablemente significa que hay poca correlación entre las dos variables.
  3. Los estudiantes deben ser capaces de determinar el cambio aproximado en la temperatura para cada aumento de 1000m en la altitud basándose en el gráfico. Sus respuestas podrían variar dependiendo de las temperaturas del día pero debería estar en el rango de 4ºC a 7ºC por cada 1000m en altitud.
  4. El coeficiente de correlación corresponde a cuánto están correlacionados los diferentes datos. Por ejemplo, datos que tengan poca o ninguna correlación tendrán un coeficiente cercano a cero, mientras el coeficiente de datos que tengan una mayor correlación estará más cercano a uno. En este ejemplo, la ecuación de regresión lineal puede ser usada para calcular la temperatura aproximada de un valor particular de altitud - valor x.
    • NOTA: Si los estudiantes usaron una hoja de cálculo, este debería ser capaz de calcular automáticamente tanto el coeficiente de correlación como la ecuación de regresión lineal.
  5. Los estudiantes pueden estimar las temperaturas aproximadas en latitud 0 para cada una de las altitudes, o pueden calcularlas usando la ecuación de regresión lineal. Como antes, las respuestas variarán ligeramente dependiendo de las temperaturas máximas del día.
  6. &   7. Los estudiantes deben ser capaces de estimar las temperaturas, sin embargo en ambos casos sus cálculos no serán iguales a los valores reales para el Monte Everest ni para la Depresión Subglacial de Bentley, la razón de esto es que ambos están localizados en diferentes latitudes, lo que tiene un efecto significativo en sus temperaturas. El propósito de estas dos preguntas es proveer a los estudiantes de una oportunidad para aplicar sus conocimientos de la actividad anterior.
Parte 3: Conclusiones Finales
  1. Los estudiantes habrán observado que las temperaturas de las localidades en Ecuador disminuyen a medida que la altitud aumenta. Por tanto, deberían ser capaces de concluir que la temperatura disminuye a medida que la altitud aumenta, y vice-versa.
  2. Las respuestas pueden variar, sin embargo deberían ser similares a la siguiente: Generalmente, una relación establecida comparando datos de sólo unas pocas localidades y por un periodo muy limitado de tiempo, como un día en este caso, es vulnerable a cambios en el corto plazo y a errores, y por lo tanto puede ser poco fiable.
  3. Las respuestas pueden variar pero deberían ser de al menos el doble de los datos usados en esta actividad.
  4. Las respuestas pueden variar. Los estudiantes pueden mencionar que podrían recoger más lecturas de temperatura de otras ciudades en Ecuador y/o recoger más datos a lo largo de una serie de días o semanas y promediar los datos.
  5. La razón por la que la temperatura disminuye a medida que la altitud aumenta es porque la presión de aire también disminuye con la altitud. Cuando decrece la presión de aire, la densidad del aire también decrece causando una caída de temperatura. En otras palabras, a medida que las moléculas de aire se separan, su densidad decrece y las partículas se mueven más despacio porque están colocadas en un espacio más grande. A la inversa, a medida que la presión y densidad del aire aumentan, la temperatura también aumenta porque las partículas se mueven más rápido cuando están colocadas en un espacio más pequeño, haciéndolo más caliente.

Evaluación
Haga a cada estudiante o grupo de estudiantes responsable del cuadro y las respuestas.

Actividad Estudiantil


NOTA: Las siguientes instrucciones también aparecen en la sección Actividades Estudiantiles.
Esquina superior izquierda del Cuaderno de Apuntes Actividad C3: Altitud y Temperatura Esquina superior derecha del Cuaderno de Apuntes
  Parte 1: Altitud y Temperatura:
  1. Localiza y marca las siguientes ubicaciones en un mapa de Ecuador.
Ubicación Latitud Altitud (m) Temp. Máx. (ºC)
Cotopaxi 0 5897  
Quito 0 2811  
Latacunga -1 2785  
Ibarra 0 2228  
Esmeraldas +1 7  
Guayaquil -2 4  
  1. ¿Qué lugar piensas que tendrá la temperatura más alta? ¿La más baja? ¿Por qué?
    PISTA: El efecto que la latitud tendrá en la temperatura es despreciable porque todas las ubicaciones están dentro de dos grados de la línea ecuatorial.
  2. Entra a cada una de las siguientes páginas y escribe el pronóstico de la temperatura máxima para hoy. La primera ubicación ya ha sido completada.
    NOTA: Como estas son lecturas del tiempo en tiempo real, las estaciones del tiempo de cada ubicación pueden enviar las temperaturas actuales hacia el sitio web a diferentes horas del día; por eso, sólo debes comparar las temperaturas máximas pronosticadas para el día de hoy.

Parte 2: Analiza los Datos
  1. Crea un gráfico de dispersión de Temperatura Vs. Altitud usando los datos que recopilaste arriba. Marca el eje horizontal (eje x) en metros de 0 a 7000m, y el eje vertical (eje y) en ºC desde -15ºC hasta 35ºC.
  2. Traza una línea de tendencia (línea de mejor ajuste) a través de los datos en el gráfico. Si estás usando una hoja de cálculo, esto puede ser realizado automáticamente.
    NOTA: Una línea de tendencia no debe cruzar todos los puntos, sino que debe haber aproximadamente el mismo número de puntos debajo de la línea que sobre ella.
  3. Observa la línea de tendencia. Estima el cambio aproximado de temperatura para cada aumento de 1000m en la altitud.
  4. Si usaste una hoja de cálculo, determina lo siguiente:
    • Coeficiente de Correlación
    • Ecuación de la Regresión Lineal
  5. Basado en el gráfico que creaste arriba y asumiendo que todos los demás factores permanecen constantes (misma latitud, etc.), predice la temperatura para las siguientes altitudes:
    • 0 m
    • 1000 m
    • 2000 m
    • 3000 m
    • 4000 m
  6. Altitud más alta: El Monte Everest, localizado en la frontera de Nepal con el Tíbet, es la montaña más alta del mundo con 8848m.:
    • Asumiendo que ningún otro factor afectará la temperatura, ¿cuál sería tu predicción para la temperatura en la cima?
    • La temperatura real en la cima del Monte Everest varía desde -15ºC hasta -36ºC. ¿Qué puede justificar la diferencia entre tu predicción y la temperatura real? (Pista: Ubica el Monte Everest en un Mapa Mundial)
  7. Altitud más baja (no debajo del mar): La Depresión Subglacial de Bentley ubicada en la Antártica tiene la menor altitud mundial no sumergida a -2555m (sin embargo la depresión está cubierta por aproximadamente 3000m de hielo y nieve).
    • Asumiendo que ningún otro factor afectara la temperatura, ¿cuál sería tu predicción para la temperatura?
    • La temperatura real de la depresión está muy por debajo de los 0 ºC. ¿Qué puede justificar la diferencia entre tu predicción y la temperatura real? (Pista: Ubica a la Antártica en un Mapa Mundial)

Parte 3: Conclusiones Finales
  1. ¿Cómo afecta la altitud a la temperatura?
  2. ¿Puedes confiar en un solo día de datos para determinar una relación general entre la temperatura y la altitud? Explica tu respuesta.
  3. Si tú optaras por recolectar más datos, ¿cuántos crees que serían suficientes?
  4. ¿Cómo podrías obtener estos datos?
  5. En la Troposfera, la capa más interna de la atmósfera de la Tierra, tanto la presión como la densidad del aire (número de moléculas de gas por unidad cúbica) disminuyen a medida que la altitud aumenta. ¿Cómo crees que esto afecta el cambio en la temperatura del aire a medida que la altitud aumenta? ¿Por qué?.

Tarea
Compara tus conclusiones con las hipótesis que escribiste en los espacios de Cómo y Por qué de la Actividad C1: Factores que influyen en la Temperatura?

 
Esquina inferior izquierda del Cuaderno de Apuntes   Esquina inferior derecha del Cuaderno de Apuntes

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