Unidades básicas.

INTRODUCCIÓN AL TRABAJO CIENTIFICO
A) CARACTERÍSTICAS DE LA CIENCIA
Los seres humanos siempre se han planteado preguntas acerca de lo que les
rodea. En un principio, esa curiosidad estaba íntimamente relacionada con la
supervivencia, y los conocimientos se transmitían de generación en generación,
fueran o no correctos. Así fue naciendo y avanzando la ciencia. En la actualidad
consideramos que la ciencia es un conjunto de conocimientos que pueden ser
demostrados de manera racional y que, por tanto, son válidos de modo universal.
La ciencia constituye un proceso de investigación constante cuyo fin es descubrir
hechos y establecer relaciones entre ellos. El estudio de una ciencia como la física o
la química implica la utilización de un lenguaje propio, el lenguaje científico,
formado por símbolos, palabras y grupos de palabras que permiten la
elaboración y comprensión de conceptos sobre determinados fenómenos.
La ciencia interpreta la realidad con métodos propios. El trabajo científico se distingue
de otras formas de adquirir conocimiento por sus características.
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El objeto de estudio de las ciencias de la naturaleza es el mundo natural, es
decir, las propiedades físicas y químicas del mundo material y los seres vivos.
Para explicar el mundo natural, los científicos formulan conjeturas e hipótesis.
Para ello tienen en cuenta los conocimientos científicos de su época, y además,
utilizan su imaginación y su creatividad.
Los enunciados de la ciencia sobre el mundo natural deben ser contrastados
mediante la observación y la experimentación. Se dice que hacer ciencia es
una actividad empírica porque se apoya en hechos observados y medidos.
A veces, los desarrollos teóricos van por delante de su confirmación
experimental y, en algunos casos, no se busca esta de forma inmediata. Ej.
“La teoría atómica se enunció más de un siglo antes de la confirmación
experimental de la existencia de los átomos. Lo mismo sucedió con la teoría de
la relatividad, que se sigue confirmando experimentalmente en la
actualidad.”
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El conocimiento científico explica hechos y predice acontecimientos. Ej.
“Los eclipses pueden ser anticipados con años de antelación gracias al
conocimiento de las leyes de la dinámica.”
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Los resultados experimentales son reproducibles: sistemas idénticos en iguales
condiciones experimentales se comportan del mismo modo. Ej.
“La temperatura de ebullición del agua es siempre la misma, en cualquier
tiempo y lugar, cuando se mide en iguales condiciones de presión y
temperatura.”
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En ciencia no existe ninguna verdad incuestionable: las teorías científicas
pueden ser refutadas o puestas en duda si los hechos experimentales las
contradicen. Ej.
“Desde la época de Aristóteles hasta Galileo se creyó que los cuerpos
necesitaban de la acción constante de una fuerza para mantener su
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movimiento. Los satélites que se mueven sin motores en el espacio exterior son
una prueba de lo contrario.”
La ciencia es una actividad colectiva. Existe una comunidad científica que
intercambia conocimientos y acepta o rechaza las teorías.
Las actitudes que caracteriza el trabajo científico son la necesidad de
contrastar las hipótesis, la flexibilidad ante opiniones diversas, la apertura a
nuevas ideas y el rigor en la medida.
De forma excepcional, se producen revoluciones científicas que rompen con lo
conocido hasta ese momento y producen un salto en la interpretación
científica del mundo natural. Ej.
“En el siglo XVI, el cambio del modelo geocéntrico del universo al modelo
heliocéntrico supuso una gran revolución científica.”
B) EL METODO CIENTÍFICO
“El trabajo científico es aquella actividad que consiste en descubrir las
leyes que rigen la naturaleza mediante un proceso válido y fiable que
recibe el nombre de método científico”.
Aunque el método científico no se puede considerar un conjunto de normas
estrictas que se aplican de forma consecutiva y rigurosa, si es posible señalar una
serie de etapas comunes a cualquier investigación científica:
1.- Plantear el problema y observarlo
La primera etapa en el trabajo científico es delimitar el problema que se va a
investigar. Su origen puede ser el descubrimiento de hechos nuevos, la necesidad
de una aplicación tecnológica, las contradicciones de una teoría científica, etc.
Es necesario aislar la parte del mundo material que se desea estudiar y es útil
descomponer el problema en etapas más fáciles de investigar. Todo esto se hace
con la observación exhaustiva y exacta. Una vez que tenemos varias
observaciones de un hecho o de un fenómeno, hay que analizarlas, compararlas y
clasificarlas en diferentes grupos según sus analogías y diferencias.
Ninguna investigación parte de cero, por lo que los científicos deberán recopilar
información en la bibliografía existente sobre el estado del problema objeto de
estudio.
2.- Formular una hipótesis o suposición
Una vez delimitado el problema e identificadas las variables que intervienen, los
científicos parten de alguna suposición o conjetura previa sobre las causas del
fenómeno investigado. Establecen entonces unas hipótesis de partida que no
están aún confirmadas.
Una hipótesis es una suposición sin contradicciones evidentes susceptible de ser
probada de forma experimental.
Una hipótesis científica debe cumplir las siguientes condiciones:
- Tiene que referirse a una situación real.
- Ha de formularse de la forma más precisa posible y mediante variables
concretas.
- La relación entre las variables de la hipótesis debe ser observable y medible.
Si la hipótesis no cumple una de estas condiciones, no es válida.
Ej. Un péndulo está formado por un objeto suspendido de un hilo y que puede
oscilar si lo separamos de su posición de equilibrio. El período es el tiempo que
tarda el péndulo en dar una oscilación completa en su movimiento de ida y
vuelta.
3.- Demostrar la hipótesis mediante experimentación
Las hipótesis se confirman o rechazan por medio de experiencias. En esto reside la
peculiaridad del trabajo científico. Primero hay que diseñar experiencias para
conseguir las medidas necesarias de las variables estudiadas. Segundo hay que
controlar las variables que intervienen en el proceso tratando de ver su influencia.
Los valores de las magnitudes se obtienen mediante distintos aparatos de medida.
4.- Conclusión e interpretación de resultados
El paso siguiente a la realización de una experiencia y a la toma de datos es el
estudio de los valores obtenidos procurando establecer una relación entre ellos: es
decir, organizar los datos para pensar mejor.
Los resultados de todos los experimentos se anotan y tabulan, repitiendo cada
medida. Las representaciones gráficas ayudan a descubrir regularidades y prever
leyes de comportamiento.
Las leyes son hipótesis confirmadas que se expresan generalmente en lenguaje
matemático. Un conjunto de leyes se incluye en un sistema coherente de
conocimientos que se denomina teoría científica.
Con esta conclusión podemos ver si la hipótesis que inicialmente se planteó se
confirma o no. Si esta hipótesis no se cumple, tendremos que empezar de nuevo
planteando una nueva hipótesis.
C) LA COMUNICACIÓN CIENTÍFICA
Los científicos deben informar sobre sus investigaciones a la comunidad científica
para que los resultados obtenidos puedan ser replicados y contrastados. La
comunicación científica es indispensable para el progreso y la difusión del
conocimiento científico. Los conocimientos científicos se divulgan mediante unos
cauces establecidos, como comunicaciones en congresos, publicaciones en revistas
científicas de reconocido prestigio o la difusión en Internet.
D) TECNOLOGÍA Y SOCIEDAD
Los avances científicos afectan a muchos aspectos de la actividad humana. Las
aplicaciones prácticas de los conocimientos científicos los usa la tecnología para
resolver muchos problemas de la humanidad, favoreciendo el desarrollo
económico y facilitando una vida cotidiana más cómoda y saludable. Entre estas
aportaciones de la ciencia al progreso de la humanidad se pueden citar la
construcción de máquinas eficaces en la industria, la utilización de la electricidad
en la vida diaria, el descubrimiento de nuevas fuentes de energía, el desarrollo de
las telecomunicaciones o la producción de nuevos materiales.
Sin embargo, el progreso científico ha generado nuevos problemas a la
humanidad, como la contaminación sin fronteras, la sobre explotación de los
recursos naturales, el deterioro del medio ambiente, la fabricación de armas de
destrucción masiva o la acumulación de residuos peligrosos.
En general los avances tecnológicos se basan en el conocimiento profundo de las
ciencias que han contribuido al desarrollo de importantes aplicaciones
tecnológicas, como la máquina de vapor, la electrónica industrial y de consumo, o
la fabricación de nuevos medicamentos.
A su vez, el desarrollo tecnológico influye en el progreso científico, como en el caso
del desarrollo de instrumentos de observación y medida más potentes (telescopios,
microscopios, etc). Se suele hablar de tecnociencia para señalar las relaciones
profundas entre la ciencia y la tecnología.
La ciencia y la tecnología ejercen gran influencia en la vida particular, social,
cultural y profesional de las personas; por ello, estas deben adquirir una formación
científica básica que les permita:
- Comprender los aspectos científicos y tecnológicos de la sociedad donde viven.
- Valorar la influencia de la física y la química en el desarrollo tecnológico.
- Aplicar conocimientos y destrezas científicas en situaciones de la vida
cotidiana.
- Participar con criterio en las decisiones colectivas relacionadas con la ciencia y
la tecnología que les afectan: medidas de ahorro de energía, cuidado del
medio ambiente, utilización de distintas fuentes de energía (combustibles
fósiles, energía nuclear, etc.) control de la contaminación etc.
E) EL TRABAJO EN EL LABORATORIO
Los conocimientos científicos se obtienen o se verifican en los laboratorios. El
trabajo en ellos debe estar acompañado de actitudes personales como la
curiosidad y la meticulosidad en las medidas, y el mantenimiento y
limpieza de los utensilios e instrumentos.
El laboratorio es un lugar potencialmente peligroso donde hay que seguir unas
normas de seguridad en el uso de instrumentos y sustancias.
Al igual que en otras actividades, es importante conocer los riesgos para poder
evitarlos. De manera resumida, los más importantes son:
- Heridas y salpicaduras
- Intoxicaciones por ácidos, bases, disolventes, etc.
- Incendios o explosiones de gas.
- Quemaduras, ya sea por fuego, objetos calientes o productos químicos.
- Descargas eléctricas.
Para evitar una manipulación indebida, los productos químicos de laboratorio
disponen de una etiqueta que es necesaria leer antes de usarlos. En ella se
especifican el nombre y las características, y se añade un símbolo que indica su
peligrosidad.
Los productos químicos no se deben desechar sin más.
- Los residuos sólidos no deben arrojarse al lavabo, ya que pueden reaccionar
de forma peligrosa. El profesor decidirá la forma de eliminarlos.
- Los residuos líquidos no deben tirarse a la papelera. Siempre que sea
posible, hay que intentar reciclarlos o transformarlos. En caso de duda, se
consultará a los profesores.
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El desprendimiento de gases en el laboratorio se realizará siempre en
condiciones controladas. Para gases irritantes, se usarán las campanas
extractoras.
F) MAGNITUDES Y MEDIDAS
Las magnitudes físicas son propiedades de los objetos que se pueden medir.
Medir una magnitud es compararla con una cantidad de la misma que se
toma como patrón o unidad.
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La medida de magnitudes escalares se expresa mediante un número que
representa el valor de la magnitud y la unidad correspondiente (por ejemplo
3 m). Son magnitudes escalares el tiempo o la masa.
La medida de magnitudes vectoriales se expresa indicando, además de su
intensidad y su unidad, la dirección y el sentido: estas magnitudes se
representan por vectores. Por ejemplo, una fuerza de 5N no queda
especificada si no se señala en qué dirección y en qué sentido actúa esa fuerza.
Son magnitudes vectoriales la fuerza, la velocidad.
G) SISTEMA INTERNACIONAL DE MEDIDAS
Sistema Internacional de Unidades de medida
El Sistema Internacional de Unidades de medida (S.I.) es obligatorio en España y
vigente en la Unión Europea (REAL DECRETO 1317/1989, de 27 de octubre de 1989 por
el que se establecen las Unidades Legales de Medida)
Unidades básicas.
Magnitud
Nombre
Símbolo
Longitud
metro
m
Masa
kilogramo
kg
Tiempo
segundo
s
Intensidad de corriente eléctrica
ampere
A
Temperatura termodinámica
kelvin
K
Cantidad de sustancia
mol
mol
Intensidad luminosa
candela
cd
H) MEDIDA DE MAGNITUDES Y EL ERROR
Medir consiste en comparar una magnitud con otra que utilizamos como patrón
(unidad). Este proceso lleva siempre implícito una indeterminación, es decir
siempre que medimos, por razones muy diversas y, en general, difíciles de evitar,
corremos el riesgo de no “acertar” con el valor exacto de la magnitud que
queremos conocer. Unas veces esto es debido a la imperfección de nuestros
instrumentos, o al diseño del proceso de medida, o a factores ambientales, etc. De
manera que cuando expresamos el valor “medido” de una magnitud debemos
siempre hacer una estimación del grado de confianza con el que hemos realizado
la medida.
Todas las medidas experimentales están afectadas por algún error.
- Los errores sistemáticos tienen que ver con la forma de realizar la medida.
El más frecuente es el error de calibrado o de puesta a cero del instrumento
de medida. También puede producirse un error de paralaje cuando un
observador mira oblicuamente una aguja sobre una escala analógica.
- Los errores accidentales o aleatorios son aquellos que se producen al azar
debido a causas imposibles de controlar. Se distribuyen estadísticamente en
torno a la medida correcta. Para minimizar su efecto, se mide varias veces y se
toma como valor más probable la media aritmética de las medidas.