Metodología experimental

Metodología experimental
Propósito
Que los estudiantes refuercen y complementen los siguientes aprendizajes de la
primera unidad del programa de Física I:
El alumno:
 Describe diferentes sistemas y fenómenos físicos e identificará las
magnitudes físicas que permiten una mejor descripción y estudio.
 Conoce elementos de la metodología experimental que utiliza la física para
explicar fenómenos.
Para lograr el propósito de esta estrategia les proponemos la realización de la
siguiente secuencia de actividades. La realización completa de ella, les permitirá
al final mejorar la obtención de los aprendizajes indicados en el programa de
estudios de la materia.
Primera actividad
Con la ayuda del profesor hagan una lista de 5 sistemas y 5 fenómenos físicos
que encuentren a su alrededor. Una vez hecha la lista, escriban una breve
descripción de ellos, haciendo énfasis en las magnitudes físicas que están
involucradas en ellos. A partir de este ejercicio, escriban una definición propia
de un sistema y un fenómeno físicos.
Segunda actividad
Realicen el siguiente montaje experimental, mediante el cual, observarán el
comportamiento de un fenómeno físico, y comprenderán mejor en qué consiste
un sistema. Además, podrán identificar los pasos de una metodología
experimental, que les será útil en siguientes actividades prácticas.
Enfriamiento
Introducción
Seguramente, han observado muchas veces el enfriamiento de un líquido. ¿Cuál
es la forma en la que la temperatura desciende cuando se deja enfriar una
muestra de agua, leche u otra substancia similar? ¿Qué variables intervienen en
el enfriamiento de un líquido? ¿Cómo obtengo un modelo matemático que
describa tal situación? Para responder a estas y otras preguntas, sigan los
pasos que se indican a continuación.
Material que van a necesitar
Un
Un
Un
Un
vaso de unicel para café
termómetro
soporte universal
mechero de Bunsen (pueden usar en su lugar una parrilla eléctrica)
Elaboraron: Mauricio Bravo C. y Juan Javier de San José Ramírez. Seminario de Profesores de
Física del Siladín Naucalpan. Septiembre 2008.
Un vaso de precipitados de 500 ml o 1 litro
Opcionalmente, pueden utilizar un sistema de recolección de datos por
computadora y un sensor de temperatura
Procedimiento

Armen el material tal como lo muestra la figura.
Figura 1.1 Montaje experimental para el estudio del comportamiento de variables
en un experimento. Después de calentar el agua en el vaso de precipitados se
vierte en el vaso de unicel y se mide la temperatura a intervalos regulares.



Enciendan el mechero o la parrilla y dejen que el agua se caliente hasta
aproximadamente 45ºC
Retiren el agua del fuego y viértanla en el vaso de café. Anoten la
temperatura que marca el termómetro.
Ahora deben medir la temperatura del agua cada cierto tiempo, se
recomienda que la lean cada 30 segundos, es latoso pero conveniente;
realicen una tabla de la manera siguiente.
Tiempo (s)
0
30
60
Temperatura (°C)
T0
Elaboraron: Mauricio Bravo C. y Juan Javier de San José Ramírez. Seminario de Profesores de
Física del Siladín Naucalpan. Septiembre 2008.

En la tabla, T0 es la temperatura más alta al momento de iniciar el
experimento; deben de prolongar la tabla hasta que lleguen a la
temperatura ambiente, que vamos a simbolizar como Ta, una vez que
tengan la tabla, es necesario hacer algunos cambios y cálculos: a cada una
de las temperaturas que tomaron, le van a restar el valor de la temperatura
ambiente, entonces tendrán una nueva tabla como la siguiente.
Tiempo (s)
0
30
60
Temperatura (°C)
T0
T – Ta
T0 – Ta

Ahora realicen una gráfica en cuyo eje horizontal se anota, con la escala
adecuada, el tiempo y en el eje vertical tendrán T – Ta, como se muestra en
la siguiente figura.

El trabajo pueden hacerlo en una hoja de cálculo, por ejemplo en Excel y
tendrán la gráfica automáticamente, más aún, una vez que hayan hecho la
gráfica, existe una opción en que pueden pedir al programa Agregar línea
de tendencia.
Elaboren entre todos una hipótesis en la planteen qué tipo de gráfica
obtuvieron. Para comprobar su suposición, hagan el ajuste de la curva,
obtengan la ecuación correspondiente y R2.
Si el valor de R2 es mayor a 0.99, pueden considerar su hipótesis como
válida.

Análisis
Contesten las siguientes preguntas:
1. ¿Qué tipo de gráfica obtuvieron?
Elaboraron: Mauricio Bravo C. y Juan Javier de San José Ramírez. Seminario de Profesores de
Física del Siladín Naucalpan. Septiembre 2008.
2. ¿Cuáles fueron las magnitudes que eligieron como variables independiente y
dependiente? ¿Por qué?
3. ¿Cómo se relaciona la ecuación que resulta de ajustar la curva con un
modelo matemático que explicaría el comportamiento del agua?
4. Lleven a cabo una investigación en la red sobre la ley de enfriamiento de
Newton, y discutan si les es útil para explicar el comportamiento observado
de la temperatura.
5. Expliquen en términos de su respuesta a la pregunta anterior, el significado
físico de los valores numéricos involucrados en la ecuación obtenida al
ajustar la gráfica.
6. ¿De cuáles de los siguientes factores creen que dependa el tiempo en que
se enfría dicha sustancia?
 ¿La cantidad de sustancia?
 ¿La sustancia que se trate?
 ¿El recipiente donde esté la sustancia?
 ¿La forma del recipiente?
 ¿La temperatura inicial?
 ¿La temperatura ambiente?
Enuncien los factores que consideren son importantes para el enfriamiento de
la sustancia. Aquellos que pueden elegir y que mantienen sin cambio,
constantes durante el proceso, se consideran los parámetros en su experimento
y deben anotarlos ya que generalmente sirven en el análisis de sus resultados.
Investiguen en qué áreas de la industria y la Ciencia se manejan procesos de
enfriamiento.
Escriban sus conclusiones de esta actividad
Tercera actividad
Investiguen en la bibliografía que se propone al final, en qué consiste un
sistema físico y qué es un fenómeno físico. Comparen las respuestas que
obtengan con las definiciones que escribieron en la primera actividad y escriban
una conclusión al respecto.
Investiguen en qué consiste el método de trabajo que desarrolló Galileo y
realicen un breve ensayo en el que cotejen lo realizado durante esta estrategia
con los resultados de su investigación.
Bibliografía
Cetto, A. M., et al. El mundo de la Física, Trillas, México, 1997.
Gamow, G. Biografía de la Física, Alianza Editorial, Madrid, 1980.
Hecht, E. Fundamentos de Física, Thomson Learning, México, 2001.
Hewitt, P. Física conceptual, Pearson, México, 1999.
Jones, E y Childers, R., Física contemporánea, Mc Graw-Hill, México, 2001.
Zitzewitz, P. W., Neff, R. y Davis, M. Física 1. Principios y problemas, Mc Graw
Hill. México, 2002.
Elaboraron: Mauricio Bravo C. y Juan Javier de San José Ramírez. Seminario de Profesores de
Física del Siladín Naucalpan. Septiembre 2008.