La naturaleza de la ciencia y el universo

TEMA 1: LA NATURALEZA DE LA CIENCIA.
¿Qué es la ciencia?
La ciencia es el conjunto de conocimientos obtenidos mediante la observación y el razonamiento,
sistemáticamente estructurados y de los que se deducen principios y leyes generales.
El método cientÃ−fico.
El método cientÃ−fico es un proceso destinado a explicar fenómenos, establecer relaciones entre los
hechos y enunciar leyes que expliquen los fenómenos fÃ−sicos del mundo y permitan obtener, con estos
conocimientos, aplicaciones útiles al hombre.
Pasos del método cientÃ−fico:
DUDA, PROBLEMA O PREGUNTA: Una vez que se ejecuta la observación, surgen una o más
preguntas, generalmente generadas por la curiosidad del observador. La pregunta surgida debe ser coherente
con la realidad o el fenómeno observado, y debe adherirse a la lógica. El investigador siempre debe tener en
cuenta que las preguntas que comienzan con un "por qué" son muy difÃ−ciles (si no imposibles) de
contestar.
Luego, el observador, mediante razonamiento inductivo, trata de dar una o más respuestas lógicas a las
preguntas. Cada respuesta es una introducción que puede servir como una guÃ−a para el resto de la
investigación. Estas soluciones preliminares a un problema son las HIPà TESIS.
Hipótesis es una declaración que puede ser falsa o verdadera, y que debe ser sometida a comprobación
(experimentación). Los resultados de la experimentación determinarán el carácter final (falso o
verdadero) de la hipótesis.
Después de que se ha enunciado una o más hipótesis, el investigador elabora uno o más
PREDICCIONES, las cuales deben ser consistentes con las observaciones e hipótesis. Para hacer esto, el
investigador usa el razonamiento deductivo.
Enseguida, las predicciones son sometidas a pruebas sistemáticas para comprobar su ocurrencia en el futuro.
Estas comprobaciones en conjunto reciben el nombre de EXPERIMENTACIÃ N.
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La EXPERIMENTACIÃ N consiste en someter a un sujeto o proceso a variables controladas de manera
artificial.
En experimentación controlada debemos tener dos grupos de prueba: un sujeto llamado grupo de control, y
otro llamado grupo experimental. El grupo de control y el grupo experimental, son sometidos a las mismas
condiciones, excluyendo la variable que se ha elegido para el estudio. El grupo de control no es sometido a la
variable, sólo se somete al grupo experimental. Se observan los resultados y se registran las diferencias entre
ambos grupos. Si el investigador nota una diferencia entre ambos grupos, entonces puede deducir una
respuesta. Conforme la investigación avanza, las hipótesis falsas se rechazan una a una, hasta obtener la
respuesta más aceptable de todas las hipótesis que se presentaron inicialmente. Cuándo la hipótesis se
verifica, entonces se procesa la declaración final, que en ciencias se llama TEORà A.
TEORà A: TeorÃ−a es una declaración parcial o totalmente verdadera, verificada por medio de la
experimentación o de las evidencias y que sólo es válida para un tiempo y un lugar determinados.
Si la teorÃ−a se verificara como verdadera en todo tiempo y lugar, entonces es considerada como LEY.
LEY: Una teorÃ−a está sujeta a cambios, una ley es permanente e inmutable. Una ley es comprobable en
cualquier tiempo y espacio en el Cosmos. Sin embargo, una teorÃ−a es verdadera sólo para un lugar y un
tiempo dados.
Por ejemplo, la Evolución es una teorÃ−a que se perfecciona de acuerdo a nuevos descubrimientos, mientras
que lo relacionado con la Gravitación Universal es una ley, pues ocurre en todo tiempo y lugar del universo
conocido.
Refutación (falsación) de hipótesis o teorÃ−as.
FALSACIà N: Estrategia que busca la premisa falsa que anula la hipótesis (busca la contradicción).
Otra denominación:
REFUTACIà N: Acción o proceso por el cual se rechaza o invalida un enunciado por medio de
argumentos que permiten probar su falsedad.
Las variables de la experimentación. Conceptos y tipos.
Los factores que pueden influir en un experimento se llaman variables.
Las variables que influyen en la experiencia, deberemos decidir cuales de ellas permanecerán fijas
(variables controladas), cuales variaremos en el experimento (variables independientes) y cuales otras se
modificarán si cambiamos las variables independientes (variables dependientes).
Variables controladas
Puede haber otras variables que el investigador prefiere no incluir en el estudio, no pretende estudiar su influjo
en la variable dependiente. Para que no interfieran en la interpretación de los resultados, las neutraliza. Son
variables controladas.
Hay muchas maneras de neutralizar variables en los distintos diseños. La manera más sencilla de
neutralizar una variable es eliminarla, no incluirla en el estudio (todos varones, o todos con los mismos
conocimientos previos, etc.) y tener en cuenta esta no inclusión al interpretar los resultados.
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En términos generales tenemos tres vÃ−as para controlar o neutralizar variables:
1. Mediante el muestreo aleatorio o probabilÃ−stico. Una muestra es aleatoria si todos los sujetos de la
población investigada han tenido idéntica oportunidad de ser seleccionados; en este caso ninguna
caracterÃ−stica estará representada en la muestra en una proporción mayor o menor de lo que está en la
población. Es importante tener una idea clara de los diversos tipos de muestras aleatorias y cómo hacer un
muestreo aleatorio.
2. Mediante el diseño apropiado. Por ejemplo igualando sujetos en la variable (una o más de una) que
queremos controlar (matching en inglés; tendrÃ−amos en este caso muestras relacionadas aunque se trate
de sujetos fÃ−sicamente distintos), o mediante un diseño de bloques igualados; en este caso el método de
análisis serÃ−a un análisis de varianza factorial en el que uno de los factores es la variable que queremos
controlar: en cada nivel de esa variable tenemos un grupo de sujetos igualados en la variable o variables que
queremos controlar.
3. Mediante análisis estadÃ−sticos, como pueden ser las correlaciones parciales y el análisis de covarianza
(una condición necesaria en el análisis de covarianza es que los sujetos estén asignados aleatoriamente a
las diversas condiciones, como pueden ser grupo experimental y de control).
La variable independiente
Es aquella propiedad, cualidad o caracterÃ−stica de una realidad, evento o fenómeno, que tiene la capacidad
para influir, incidir o afectar a otras variables. Se llama independiente, Â porque esta variable no depende de
otros factores para estar presente en esa realidad en estudio.
Algunos ejemplos de variables independientes son; el sexo, la raza, la edad, entre otros. Veamos un ejemplo
de hipótesis donde está presente la variable independiente: “Los niños que hacen tres años de
educación preescolar, aprenden a leer mas rápido en primer grado.” En este caso la variable independiente
es “hacen tres años de educación preescolar.” Porque para que los niños de primer grado aprendan a leer
más rápido, depende de que hagan tres años de educación preescolar.
La variable dependienteÂ
Es aquella caracterÃ−stica, propiedad o cualidad de una realidad o evento que estamos investigando. Es el
objeto de estudio, sobre la cual se centra la investigación en general. También la variable independiente
es manipulada por el investigador, porque el investigador el puede variar los factores para determinar el
comportamiento de la variable.
Por ejemplo: “Los niños que hacen tres años de educación preescolar, aprenden a leer mas rápido en
primer grado.”
En este caso la variable dependiente serÃ−a “aprenden a leer mas rápido”, pero aprenden a leer mas rápido
como consecuencia de que “hacen tres año de educación preescolar”. Por esta razón se recomiendaÂ
que en el tÃ−tulo de un trabajo siempre debe aparecer la variable dependiente, pues está es el objeto de
estudio.
También existen variables independientes en algunos estudios que hasta cierto punto dependerán de
“algo”, como en el ejemplo siguiente: “Los ingresos económicos de un hospital público puede
depender de la asignación en el presupuesto nacional del paÃ−s.” Como podemos observar el objeto de
estudio no está influyendo en la variable independiente. De este modo, la variable independiente en un
estudio se cree que está influyendo en la variable dependiente, el estudio Correlacionad se centra
precisamente en esa relación.
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Aspectos positivos y negativos de la ciencia
Aspectos Positivos: Tiene como finalidad mejorar la calidad de vida de los seres humanos y asÃ− mismo
hacer el trabajo mas fácil, mejora la comunicación y la información entre los pueblos, ayuda a adaptar al
hombre en su entorno, permite desarrollar habilidades que se transmiten a nuestras generaciones cada vez
mejor, nos permite tener tiempo libre para actividades de nuestro crecimiento personal y brinda la posibilidad
de solucionar problemas.
Aspectos Negativos: Minimiza nuestra capacidad intelectual, ya que nos hace dependiente y no podemos
sobrevivir sin ellas, nos aleja de la interacción entre personas, su mal uso puede traer consecuencias letales,
contribuye a la destrucción de la naturaleza, el uso excesivo de energÃ−a que trae como consecuencia el
consumo irracional de los recursos naturales y consecuente a esto nos hace tan dependiente de sus dones hasta
el punto de hacernos frágiles como especie y la heredamos a futuras generaciones.
TEMA 2: NUESTRO LUGAR EN EL UNIVERSO.
¿Qué es el universo?
El universo es todo. Toda la materia y energÃ−a junto con el espacio y el tiempo.
Estructura del universo.
La fuerza de gravedad hace que la materia se agrupe formando estructuras. Desde las más simples, como las
estrellas o los sistemas solares, hasta las gigantescas murallas de galaxias.
• Galaxias y cumulos de galaxias.
Galaxias: son estructuras intermedias. Agrupan familias de estrellas, gas, polvo y materia oscura. Sólo en el
universo visible hay más de 100.000 millones, y pueden agrupar billones de estrellas. Muchas tienen un
agujero negro en su centro. Nuestra galaxia es la VÃ−a Láctea.
Nuestro sistema solar pertenece a una galaxia espiral llamada VÃ−a Láctea. Las galaxias espirales tienen un
núcleo central y unos brazos espirales que pueden estar más o menos abiertos en los que se encuentran las
nebulosas.
Cúmulos de galaxias: son conjuntos de galaxias envueltos en gas caliente. Su diámetro alcanza varios
millones de años luz. Las galaxias giran unas en torno a otras, unidas por la gravedad. A veces chocan o se
absorben unas a otras. La VÃ−a Láctea pertenece a un cúmulo llamado Grupo Local, formado por 25
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galaxias.
• Estrellas y sistemas planetarios: estrellas, planetas, satélites, cometas, etc.
Las estrellas son cuerpos celestes que emiten luz propia, pero no todas las estrellas son iguales.
Los sistemas planetarios están formados por una estrella central o varias (sistema estelar), y distintos
objetos orbitando a su alrededor. Nuestro sistema planetario, el Sistema Solar, está formado por el Sol, los
diferentes planetas y una multitud de cuerpos menores.
Los planetas es un astro que gira alrededor del Sol y no emite luz propia, sino que reflejan la luz solar. Tienen
una forma esférica aplanada por los polos. Los materiales compactos están en el núcleo de cada planeta.
Los gases, si los hay, forman una atmósfera sobre la superficie. Los planetas son:
• Mercurio.
• Venus.
• Tierra.
• Marte.
• Júpiter.
• Saturno.
• Urano.
• Neptuno.
Los satélites son cuerpo natural o artificial que orbita alrededor de otro. Son aquellos que acompañan a
los planetas y giran a su alrededor en todo momento.
Los cometas son cuerpos frágiles y pequeños, de forma irregular. Están formados por una mezcla de
sustancias duras y gases congelados. Parecen manchas de luz que van dejando rastro, ya que se acercan al sol
y se calientan. Cuando se aleja, se enfrÃ−a by la cola desaparece.
Los asteroides semejantes a estrellas, pero que no reúnen las caracterÃ−sticas para ser tales, pero que tienen
aspecto parecido a ellas, cuando son visualizados desde la Tierra.
• Tipos de estrellas: tamaño y color (temperatura superficial).
Las estrellas frÃ−as emiten la mayor parte de su energÃ−a en las zonas rojas e infrarrojas del espectro
electromagnético y por eso son de color rojo, mientras que las estrellas calientes emitan mayormente
longitudes de onda azules y ultravioletas, haciendo que parezcan azules o blancas.
• Las estrellas mas brillantes son las de mayor temperatura superficial (blancas).
• Algunas estrellas son frÃ−as pero muy luminosas, el motivo es que son el gran tamaño y se les
llama gigantes rojas.
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• Otras estrellas son poco luminosas, calientes llamadas enanas blancas. O frÃ−as llamadas enanas
marrones.
• Algunas cambian de brillo en dÃ−as, semanas o meses, estas son las estrellas variables.
• Las supernovas mandan elementos al espacio para que nazcan nuevas estrellas y planetas.
•
Nebulosas.
Las nebulosas son nubes de gas y polvo interestelar. Muchas de ellas son los lugares donde nacen nuevas
estrellas.
Origen y evolución del Universo.
• Big Bang.
Es la teorÃ−a que defiende que el universo se creó a partir de una gran explosión. DecÃ−a que toda la
materia del Universo estaba concentrada en una zona extraordinariamente pequeña del espacio, y explotó y
la materia salió impulsada con gran energÃ−a en todas direcciones.
• Expansión del Universo.
El descubrimiento de la expansión del universo se inicia al estudiar los espectros de las galaxias (radiación
que nos llega de ellas). Al hacerlo se observa que excepto las más próximas, las lÃ−neas del espectro se
desplazan hacia el rojo. Este desplazamiento recibe el nombre de efecto Doppler. Esto significa que la
mayorÃ−a de las galaxias se alejan de la VÃ−a Láctea.
• Posibles modelos de evolución del Universo.
♦ Universo cerrado: la expansión sea lo suficientemente lenta y la densidad lo bastante
grande como para que la atracción gravitatoria entre las galaxias pueda frenarla y detenerla.
En este caso, las galaxias empezarán a cerrarse y el universo se concentrará.
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♦ Universo abierto: la expansión se produzca tan rápidamente y la densidad disminuya
hasta tal punto que la atracción de la gravedad no pueda detener la dispersión. En este caso,
las galaxias se separarán definitivamente y el universo será infinito y abierto.
Origen y evolución de las estrellas.
• Estado estacionario: Esta teorÃ−a sostiene que el universo nunca tuvo un origen.
El punto básico de esta teorÃ−a es el hecho de que el Universo, a pesar de su proceso de expansión,
siempre mantiene la misma densidad gracias a la creación continua de nueva materia.
Esta teorÃ−a, que estuvo en auge durante los años 50, y ha sido sucesivamente rechazada por la mayorÃ−a
de los astrónomos, quienes apoyan ahora la teorÃ−a del Big Bang.
•
Gigantes rojas: estrella de gran tamaño y baja temperatura, lo que determina su color. Una gigante roja
es una estrella que se encuentra en una etapa avanzada de su vida, cuando ya se está agotando el
hidrógeno, que es su combustible nuclear principal. Los cambios energéticos experimentados entonces
producen una expansión de las capas externas de la estrella, que se vuelven sumamente delicados.
Una gigante roja alcanza su mayor tamaño cuando todo su hidrógeno central se ha convertido en helio. En
esta época se expande hasta el punto de devorar los planetas que pudiera haber a su alrededor, si tenia un
sistema planetario.
Esto es lo que le sucederá a nuestro Sol, cuando se convierta en gigante roja y se trague, al menos, los cuatro
primeros planetas, incluida la Tierra.
•
Enanas blancas: Una enana blanca es el estado final en la evolución de una estrella. Accidentalmente
hacen una nebulosa planetaria, y la estrella se transforma en un pequeño objeto de enorme densidad. Se
mantienen muy calientes, pero se van enfriando hasta transformarse en enanas negras. Si es más pesada en
una estrella de neutrones y si lo es más aun, en un agujero negro.
•
Estrellas de neutrones: versión más comprimida de una enana blanca. La presión es tan alta que los
electrones y protones son obligados a transformarse en neutrones. Surgen al final tantos neutrones, que los
núcleos de los átomos empiezan a desintegrarse y solo quedan neutrones.
• Agujeros negros: es una gran concentración de masa tal que la fuerza de gravedad no permite que nada
escape del mismo campo gravitatorio. Este es tan fuerte que ni siquiera la luz puede pasar.
Origen y evolución del sistema solar.
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Para conocer cómo es nuestro planeta, es necesario saber cómo se formó. El proceso de formación nos da
pistas de cómo es su estructura interna y la de otros planetas del sistema solar, en concreto de los más
cercanos al Sol.
Hoy en dÃ−a sabemos con certeza que la formación del planeta está ligada al proceso de formación del
Sistema Solar.
De acuerdo con la teorÃ−a nebular, admitimos que el Sistema Solar empezó a formarse hace 5000 millones
de años. Su origen está en la contracción de una nebulosa, que por acción de la fuerza de la gravedad,
giraba a gran velocidad provocando su aplanamiento progresivo y la concentración de la mayor parte de la
materia en el centro formando partÃ−culas de hidrógeno que al comprimirse aumentaron su temperatura.
Esta situación progresó hasta que los átomos de hidrógeno se fusionaron formando átomos de helio,
dando lugar al Sol.
La materia más alejada del Sol, al presentar una temperatura menor, fue cambiando de estado. Mediante
reacciones quÃ−micas se originaron diferentes tipos de materia que se aglutinaron entre sÃ− para formar
remolinos en los que la materia colisionaba originando cuerpos cada vez mayores, llamados nebulares o
planetesimales.
En los planetas interiores o rocosos, los materiales más densos fueron desplazándose hacia el interior.
Esta es la razón de que los materiales de los planetas como la Tierra (Mercurio, Venus y Marte) se
distribuyan en capas de diferente densidad.
Los planetas exteriores o gaseosos (Júpiter, Saturno, Urano, Neptuno y Plutón) siguieron el mismo proceso.
Como consecuencia de su tamaño, fueron capaces de atraer y mantener los gases de hidrógeno y helio
arrastrados por el viento solar en el proceso de formación del Sol. Hoy dÃ−a, se piensa que bajo la
atmósfera de los planetas gaseosos hay un núcleo de material rocoso.
• CaracterÃ−sticas de las órbitas y rotaciones planetarias.
• TeorÃ−a nebular.
Han surgido diversas teorÃ−as que intentan explicar el origen del Sistema Solar y La Tierra. En la actualidad,
la más aceptada es la TeorÃ−a Nebular, también llamada planetesimal.
Esta teorÃ−a plantea el origen del Sistema Solar a partir de una nebulosa originada de una explosión
supernova. Sus partÃ−culas giraban formando un gigantesco disco. En el centro se fueron acumulando las
más pesadas; las más ligeras se desplazaron hacia el exterior. Toda materia giraba en torno al centro, donde
se formó el Sol. Se producÃ−an choques y fusiones que generaron estructuras mayores, denominadas
planetésimos, que también giraban, chocaban y se fusionaban, formando grandes rocas que fueron el
origen de los planetas, satélites y meteoritos de Sistema Solar. El proceso de choque duró millones de
años y se desprendió tanta energÃ−a que los planetas se encontraban en estado de fusión.
Los planetesimales siguieron el proceso de colisión constituyendo cuerpos de mayor tamaño (cientos de
kilómetros), a los que denominamos planetoides. Los planetoides atrajeron a otros cuerpos de menor
tamaño que compartÃ−an órbita con ellos y los asimilaron, hasta formar los planetas rocosos como la
Tierra.
• Tipos de planetas: interiores (rocoso) y exteriores (gaseosos).
Los planetas exteriores o rocosos son los más grandes del sistema solar teniendo órbitas más alejadas
del Sol. Sus tamaños gigantescos y su composición lÃ−quida y gaseosa los hace muy diferentes de los
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planetas interiores, siendo bastantes menos densos que éstos.
Suelen tener grandes atmósferas compuestas por helio e hidrógeno, con componentes de otras sustancias
como agua, metano o amonÃ−aco. Son: Júpiter, Saturno Urano y Neptuno.
Los planetas interiores o gaseosos son Mercurio, Venus, Tierra y Marte y se encuentran más cerca del Sol
que de la Tierra. Son relativamente pequeños y están formados principalmente por rocas, que están
rodeadas, menos en el caso de Mercurio por una capa atmosférica.
Tienen cierto parecido entre ellos, ya que son pequeños, sólidos y con densidades relativamente altas.
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