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3.1. Simulación de la trayectoria

 

Glosario

Asteroide

Meteorito

Definición:

Cuerpo celeste rocoso más pequeño que un planeta.

Ejemplo:

La nave espacial realiza distintas maniobras para evitar el contacto con asteroides.

¡Participa en el equipo de análisis!

Simulador de vuelo

Antes del lanzamiento, es preciso analizar cuál será el comportamiento de la nave durante el trayecto, para poder adelantarse en caso de algún contratiempo.

Vais a formar parte del equipo de análisis de trayectorias.

Tendréis que hacer un simulacro y completar los datos de dos informes.

En ellos, analizaréis las gráficas de las funciones que debe seguir la nave.

El simulador os pondrá en situaciones adversas con las que os podréis encontrar durante el trayecto. ¿Empezamos?

Lectura facilitada

Tenéis que analizar el comportamiento de la nave en el trayecto.

Sois del equipo de análisis de trayectorias.

Tendréis que hacer un simulacro.

Analizaréis las gráficas de las funciones que siga la nave.

¿Empezamos?

Antes de empezar: conceptos clave

Dominio y recorrido

Función para el estudio del dominio y recorridoEl dominio hace referencia a los valores de la variable independiente (normalmente x), en los que la función está definida.

En una gráfica, son todos los valores del eje horizontal que poseen algún punto de la función.

El recorrido hace referencia al grupo de valores que posee la variable dependiente (normalmente y).

En una gráfica, son los valores que toma la función en el eje vertical.

Por ejemplo, en esta gráfica podemos observar que el dominio es el intervalo \([0,6]\) y el recorrido el intervalo \([0,4]\).

Simetrías

En las funciones se estudian dos tipos de simetría: central respecto al (0,0) y axial respecto al eje Y.

Función para el estudio de la simetría par

Simetría respecto del eje Y (función par).

Visualmente, al "doblar" por el eje Y ambas ramas de la gráfica coinciden.

Con puntos, dos valores opuestos de x tienen la misma y.

Por ejemplo, f(2) = f(-2).

Función para el estudio de la simetría impar

Simetría del origen (0,0) (función impar).

Visualmente, si se hace un giro de la gráfica de 180º con centro (0,0), el resultado coincide con la original.

Con puntos, dos valores opuestos de x tienen valores opuestos de y.

Por ejemplo, f(2) = -f(-2).

Periodicidad

Función  para el estudio de la periodicidad

Una función es periódica cuando sus valores se repiten durante intervalos iguales.

A este intervalo se le llama período.

Visualmente, la gráfica se repite en tramos iguales a lo largo del eje X.

Continuidad

Función para el estudio de la continuidad

Una función es continua si su gráfica puede dibujarse en un solo trazo, es decir, todos sus puntos están unidos por una sola línea.

Visualmente, no tiene interrupciones, espacios vacíos ni saltos.

Puntos de corte con los ejes
Función para el estudio de los puntos de corte con los ejes

Corte con el eje Y: punto en el que la gráfica interseca con el eje vertical; es decir, donde x es igual a cero, f(0). En el ejemplo es el punto (0, -1).

Corte con el eje X: puntos donde la gráfica corta al eje horizontal; es decir, donde y es igual a cero. En el ejemplo son los puntos (-1, 0), (1, 0) y (3, 0).

Monotonía

Función en GeoGebra para el estudio de la monotoníaLa monotonía hace referencia a la forma en la que varía una función:

- Creciente: cuando, al incrementar x, y también aumenta. En el ejemplo: el intervalo \((-1,0) \cup (3,4)\).

- Decreciente: cuando, al incrementar x, y disminuye. En el ejemplo, el intervalo \((0,3)\).

- Constante: cuando, al incrementar x, y permanece sin cambios.

- Máximo: es el punto donde la función cambia de creciente a decreciente. Puede haber varios máximos; en ese caso, el punto más alto de todos se llama máximo absoluto, y los demás, máximos relativos. En nuestro ejemplo, el máximo es el punto \((0,1)\).

- Mínimo: es el punto donde la función cambia de decreciente a creciente. Puede haber varios mínimos; en ese caso, el punto más bajo de todos se llama mínimo absoluto, y los demás, mínimos relativos. En nuestro ejemplo, el mínimo es el punto \((3,-1)\).

Curvatura

La curvatura de una función indica la forma en la que su gráfica se curva.

imagen de la parábola 2x^2+4x+1

Una función que tiene forma de "\(\cup\)" se dice convexa.

En el caso de las parábolas esto sucede cuando el coeficiente \(a\) es positivo.

imagen de la parábola -2x^2+4x+1

Una función que tiene forma de "\(\cap\)" se dice cóncava.

En el caso de las parábolas esto sucede cuando el coeficiente \(a\) es negativo.

Vuestro equipo hace el informe de simulación del vuelo

La siguiente gráfica forma parte de la simulación del vuelo (incluido el despegue). En ella se representa la altura que alcanzará la nave (en decenas de miles de kilómetros) en función de las horas de vuelo. Se muestran las primeras 48 horas de vuelo.

Responded en equipo a las preguntas y analizad los datos.

Primeras 20 horas

Esta es la gráfica de la trayectoria que nos muestra el simulador durante las 20 primeras horas de vuelo. En ella se observa la variación de la altura de la nave en función del tiempo. Como puedes ver, el despegue dura seis horas y, a continuación, la trayectoria de la nave se mantiene estable.

Función de las 20 primeras horas de vuelo

Indicad el dominio y el recorrido de la gráfica de la función obtenida. 

Dominio:

Recorrido:

De 20 a 24 horas

A las 20 horas de vuelo y durante las cuatro horas siguientes, el simulador muestra una aproximación a una estación orbital y, posteriormente, un regreso a la trayectoria que llevábamos. Esta maniobra podría ser necesaria en caso de que surja algún problema técnico en la nave o de ser necesario realizar ajustes en la estación orbital. Para realizar la aproximación, la nave alcanzaría su distancia mínima alrededor de las 2 horas y recuperaría su altura sobre las 24 horas, según la simulación.

Función de las 20 a 24 horas

Contestad a las siguientes preguntas: 

     . ¿Cuál es el eje de simetría?

     . ¿Cuáles son las coordenadas del vértice?

De 24 a 36 horas

Transcurridas las primeras 24 horas de vuelo, el simulador nos muestra el acercamiento de varios asteroides cerca de la ruta programada. Esto nos obliga a modificar la altura de la nave en varias ocasiones durante las 12 horas siguientes.

Función de las 20 a 36 horas, periódica

Esta es la gráfica de la función en esas 12 horas. ¿Creéis que es una función periódica? Razonad la respuesta en grupo y contestad a la pregunta: 

48 horas de vuelo

El simulador muestra, en este último momento, la gráfica de la trayectoria completa de las 48 horas de vuelo (ya que en el tramo final la nave se estabiliza), para poder realizar un estudio detallado.

Función donde se presenta la altura de la nave espacial con respecto a las horas de vuelo

  • Dominio:
  • ¿Tiene simetría par?
  • Punto de corte con el eje y:
  • Máximos: , ,
  • Recorrido:
  • ¿Es periódica?
  • Punto/puntos de corte con el eje x:
  • Mínimos: , , ,
  • ¿Existe algún tramo en el que la gráfica de la función es periódica?  En caso afirmativo, indica el intervalo:
  • Intervalos de crecimiento: \(\cup\) \(\cup\) \(\cup\) \(\cup\)
  • Intervalos de decrecimiento: \(\cup\) \(\cup\) \(\cup\)
  • Intervalos en los que es constante: \(\cup\)
  • ¿Es continua?

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Vuestro equipo hace el informe de simulación del alunizaje

El simulador muestra la gráfica del descenso de la nave y cómo cambia su velocidad a lo largo del tiempo durante el alunizaje. Los valores de la velocidad están expresados en miles de Km/h.

Responded en equipo a las preguntas y analizad los datos. 

Función del alunizaje

¿De qué depende?

  • ¿Cuál es la variable independiente? La variable independiente es .
  • ¿Cuál es la variable dependiente? La variable dependiente es

¿A qué velocidad?

  • ¿A qué velocidad iba cuando llevaba 7 minutos de viaje? Iba a una velocidad de 000 Km/h.
  • ¿En qué momentos iba a una velocidad de 17 000 Km/h? Iba a dicha velocidad a los minutos y a los minutos.
  • Indica los intervalos en los que la velocidad ha aumentado: \(\cup\)  \(\cup\)  \(\cup\)  \(\cup\)
  • Indica los intervalos en los que la velocidad ha disminuido:  \(\cup\)  \(\cup\)  \(\cup\)  \(\cup\)  \(\cup\)
  • ¿Ha sido constante en algún momento?
  • En caso afirmativo, indica el intervalo/intervalos:
  • ¿Cuál ha sido la velocidad máxima alcanzada a lo largo de todo el alunizaje? La velocidad máxima alcanzada ha sido de 000 km/h. ¿En qué momento se alcanzó? Se alcanzó a los minutos. 

Propiedades

  • ¿Cuál es el dominio de la función? El dominio de la función es .
  • ¿Cuál es el recorrido del a función? El recorrido de la función es .
  • ¿Es una función par? . ¿Es impar? .
  • ¿Es una función periódica? .
  • ¿Es una función continua?

Altibajos

  • Indica los puntos donde la función alcanza sus máximos relativos: , , , y .
  • ¿Tiene la función un máximo absoluto? . En caso afirmativo indicar dicho punto:
  • Indica los puntos donde la función alcanza sus mínimos relativos: , , y .
  • ¿Tiene la función un mínimo absoluto?

Interpretación

Esta es una posible interpretación del descenso.

"La nave se encuentra en órbita lunar con una velocidad de 000 Km/h.

Al empezar el primer descenso, la nave se deja caer. Esto provoca un aumento de la velocidad alcanzando, a los 3.2 minutos, un valor de 000 Km/h.

En ese momento se encienden los motores para reducir la y poder evitar el descenso brusco.

A lo largo de los 15 minutos siguientes, hasta llegar al minuto , se llevan a cabo las correcciones de velocidad, con el fin de ajustar el alunizaje.

Al finalizar dichas correcciones, la nave mantiene su velocidad de 00 km/h durante minuto y, a partir de ahí, disminuye hasta el alunizaje".

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    ¿Te gustaría ...?

    ¿Te gustaría vivir una simulación?

    En Galicia, actualmente no es posible hacer una simulación espacial, pero en España sí se puede en el Museu de les Ciències de Valencia. 

    Feito con eXeLearning (Nova xanela)