Unidad temática Introducción al método científico




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Unidad temática 1.- Introducción al método científico.




Tema 1

Introducción al Método Científico

Tema 1.- Introducción al método científico.

Sumario del tema.

Conocimientos previos. Ficha de actividades 1


Desarrollo del tema.
1.1.- Introducción al método científico: Sus etapas. 2

1.1.1.- Consideraciones sobre la Ciencia. 2

1.1.2.- Las Ciencias Físico - Químicas. 2

1.1.3.- El método científico. 3
1.2.- Medida de magnitudes. 7
1.3.- Magnitudes fundamentales y derivadas. 8
1.4.- Sistema Internacional de unidades. 9
1.5.- Carácter aproximado de las medidas: Error absoluto y relativo. 10
1.6.- Precisión y sensibilidad. 13
1.7.- Procesos para realizar un trabajo científico. 14
1.8.- Análisis de tablas y gráficas. 15


Ejercicios. 17
Lectura: ¿Cómo pesar bien con balanzas inexactas? 18
Ejercicios de autoevaluación. 18

Conocimientos previos

Ficha de actividades.
Bloque 1.-
1.1. ¿Por qué es necesario estudiar una asignatura dedicada a la Física y Química?

1.2. Lee detenidamente el siguiente texto:
En la Inglaterra del siglo XIX, cuando estudiar no era aún un “castigo” generalizado, sino que, muy al contrario, estaba simplemente prohibido, aparece un documento presentado por el presidente de la Royal Society (1807), para oponerse (con éxito) a la creación de escuelas elementales en todo el país:
En teoría, el proyecto de dar una educación las clases trabajadores es ya bastante equívoco, y, en la práctica, sería perjudicial para su moral y su felicidad. Enseñaría a las gentes del pueblo a despreciar su posición en la vida en vez de hacer de ellos buenos servidores en agricultura y en otros empleos a los que les ha destinado su posición. En vez de enseñarles subordinación les haría facciosos y rebeldes, como se ha visto en algunos condados industrializados. Podrían leer entonces panfletos sediciosos, libros peligrosos y publicaciones contra la cristiandad. Les haría insolentes ante sus superiores; en pocos años, el resultado sería que el gobierno tendría que utilizar la fuerza contra ellos...
¿Qué te sugiere el texto anterior? ¿Era realmente un castigo estudiar?
1.3. ¿Qué definición darías para el término Ciencia?

1.4. ¿Y para un científico?

1.5. ¿Es positivo que una persona dedique parte de su tiempo y estudio a adquirir una formación científica? ¿Por qué?

1.6. ¿Ha influido el avance de ciencia en el desarrollo de nuestra sociedad? Pon ejemplos en los que se ponga de manifiesto esta influencia, tanto positiva como negativa.
Bloque 2.-
2.1. ¿Qué significado tiene la palabra medir?

2.2. ¿Qué característica debería tener una unidad de medida?

2.3. ¿Cuáles son las unidades de medida para la longitud, masa y tiempo en el Sistema Internacional de medidas?
Bloque 3.-
3.1. Mide el ancho y largo de tu mesa de clase y anota el valor obtenido y el valor medio de todas las medidas de la clase.

    1. Realiza la misma operación con una hoja de un libro.


Desarrollo del tema


1.1.- INTRODUCCIÓN AL MÉTODO CIENTÍFICO: SUS ETAPAS.
1.1.1.- Consideraciones sobre la Ciencia.
A lo largo de la Historia de la Humanidad, el hombre ha sentido la necesidad de entender y explicar los distintos fenómenos y cambios que se producen de forma continua en la naturaleza: la caída de los cuerpos, la oxidación de los metales, el cambios de estado, movimiento de los planetas…, etc.
A medida que se han ido resolviendo unos problemas, se han planteado otros, bien basados en los anteriores o bien nuevos, cuya explicación necesita una reflexión más profunda y un trabajo más complejo. El resultado final de este largo proceso histórico es lo que hoy conocemos como Ciencia, pudiéndola definir como:
: El conjunto de conocimientos que permiten comprender los fenómenos y procesos que tienen lugar en la naturaleza.
Siendo esta definición tan amplia que incluye fenómenos tan distintos como el movimiento de un satélite artificial alrededor de la Tierra o el proceso de obtención de hidróxido sódico partiendo de sodio y agua.
En cualquier caso, podemos decir, por una parte, que el motor fundamental en el avance de los conocimientos científicos es la observación de los fenómenos, y por otra, que el progreso de la Ciencia se produce de forma continuada, apareciendo nuevas explicaciones que completan otras anteriores y que sirven para describir mejor las causas de un fenómeno y predecir de qué forma se puede desarrollar en determinadas condiciones. Estas explicaciones constituyen lo que denominamos teorías, las cuales, como recoge el párrafo anterior, no son inamovibles, sino que se pueden retocar o incluso sustituir por otras totalmente distintas.
1.1.2.- Las ciencias físico-químicas.
Hoy en día el conocimiento científico es tan variado y complejo que resulta imposible abarcar la totalidad del mismo, por lo que la Ciencia se divide en distintas áreas que se diferencian en los temas de estudio e investigación.
Concretando en la Física y la Química, podemos indicar que son dos áreas científicas cuya finalidad es la explicación de los fenómenos o cambios naturales del universo, siendo consideradas ciencias experimentales que abarcan un amplio y variado campo de estudio, frente a otras tales como la Medicina, la Biología o la Electrónica, cuyo campo de actuación es más reducido o concreto. Tanto la Física como la Química necesitan de una buena base de conocimientos matemáticos.
Por tanto, dado que ambas ciencias estudian los fenómenos que ocurren en la naturaleza, debemos aclarar lo que entendemos por fenómeno:
: Fenómeno es todo cambio experimentado por un cuerpo.
Ahora ya podemos definir Física y Química:
: Física es la ciencia que estudia aquellos fenómenos en los que el cambio no supone una modificación de la naturaleza de las sustancias (FENÓMENO FÍSICO), trata de conocer los componentes básicos de los cuerpos y describir mediante leyes el comportamiento de los mismos.
: Química es la ciencia que estudia aquellos fenómenos en los que el cambio supone una modificación de la naturaleza de las sustancias -desaparecen algunas de ellas o aparecen otras nuevas (FENÓMENO QUÍMICO)- las distintas clases de sustancias y sus estructuras, y las transformaciones y propiedades relacionadas con las mismas.


Ejercicios de aplicación.
1.1. Clasifica los siguientes fenómenos en físicos o químicos:

a) Fundir hielo  F  V

b) Fumar  F  V

c) Quemar madera  F  V

d) El proceso de digestión  F  V

e) Obtener agua a partir de hidrógeno y oxígeno  F  V

f) Sublimar yodo  F  V

g) Cortar una zanahoria en trozos  F  V

h) Disolver azúcar en el café  F  V


1.3.1.- El método científico.
Aunque algunos de los más célebres descubrimientos científicos se han debido en buena parte a la casualidad, en general, la actividad de un científico exige una gran capacidad de trabajo, dedicación y esfuerzo, unido todo ello a unas buenas dotes intelectuales e imaginación.
Cabe hacer la siguiente pregunta: ¿Sigue un científico un esquema de trabajo fijo? Y si es así, ¿cuáles son los pasos seguidos en dicho trabajo para obtener unas conclusiones?

La respuesta a esta pregunta es que no existe un único método de trabajo seguido por todos los científicos, si bien si podemos afirmar que todo trabajo científico sigue un esquema general al que denominamos método científico, cuyas etapas se recogen en la figura 1 y se comentan a continuación.




Figura 1. Etapas del Método Científico.
Todo comienza con el PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. Éste puede ser debido a la necesidad de comprender un hecho observado (Problema nuevo: caída de los cuerpos) o surgir para dar respuesta a una situación de tipo técnico (Problema existente: curación del sida).
En cualquier caso el planteamiento del problema debe ser lo más concreto posible, es decir, su enunciado deber contener la mayor información posible, de forma que ya desde el principio quede claro el camino a seguir en etapas posteriores. En esta etapa es muy importante la observación, entendiendo que observar debe conducir a plantear preguntas sobre los fenómenos que percibimos, es decir, sentir curiosidad por el entorno que nos rodea.
Indicar, por último, que cuando un fenómeno es complejo o común al comportamiento de varios sistemas, los científicos utilizan MODELOS, eliminando factores poco importantes, que simplifican el estudio y generalizan los resultados (Ejemplo: el gas ideal).

Ejercicios de aplicación.
1.2. Observa como cae un cuerpo y formula preguntas sobre el hecho que sirvan para plantear el estudio de la caída libre.




Una vez planteado el problema se pasa a la segunda fase de RECOGIDA DE DATOS. Esta etapa tiene verdadero sentido cuando el planteamiento del problema no es muy claro y no permite hacerse una idea de cual puede ser su solución. La recogida de datos se lleva a cabo, fundamentalmente, a través de medidas, aunque también se puede basar en la revisión de trabajos anteriores.
Como puede verse en el esquema con los nuevos datos obtenidos se puede volver a la etapa inicial y plantear de nuevo el problema de forma más clara.
La siguiente etapa es la elaboración o FORMULACIÓN DE HIPÓTESIS, definiéndose éstas como:
: Ideas, conjeturas o respuestas dadas a las preguntas formuladas en el planteamiento de un problema, que pueden ser soluciones para el mismo.
Generalmente, los científicos elaboran varias hipótesis para solucionar un problema, aunque no todas ellas sirvan para resolverlo.


Las hipótesis se pueden clasificar en válidas y no válidas: Las primeras son aquellas que se pueden comprobar experimentalmente y en ellas intervienen factores que se pueden medir (masa, tiempo, altura…), mientras que en las segundas están implicados factores cuya estimación sólo es cualitativa (daño, cariño…). A su vez, las hipótesis válidas se pueden ser verdaderas (si solucionan el problema) o falsas (si no cumplen lo que se establece en su enunciado y no resuelven el problema).


Figura 2. Clasificación de las hipótesis.



Por tanto, nos interesan las hipótesis válidas verdaderas, que pueden ser una sólo o varias las que resuelvan el problema inicial.


Ejercicios de aplicación.
1.3. Elabora varias hipótesis para resolver el problema de la caída de los cuerpos.


Para saber si una hipótesis es verdadera, etapa de COMPROBACIÓN DE HIPÓTESIS, se recurre a la experimentación, que consiste en observar el fenómeno que estudiamos en repetidas ocasiones, preparando previamente las condiciones y circunstancias más adecuadas para hacer posible dicha comprobación y manteniendo siempre constantes esas condiciones.

Esta fase de experimentación comprende las siguientes operaciones:
 Diseño y montaje de experimentos.

 Recogida de datos.

 Medida de magnitudes.


Ejercicios de aplicación.
1.4. Una de las posibles hipótesis que habrás planteado en el ejercicio anterior es la de que un cuerpo pesado cae más rápidamente que uno ligero. Realiza la experiencia, diseñando algún montaje si es preciso y anota los resultados obtenidos.


En esta etapa es muy importante el análisis de los resultados, dado que cuando se termina un experimento, se dispone de una serie de medidas y datos. El análisis para comprobar si la hipótesis es verdadera o falsa se puede llevar a cabo mediante:
 Elaboración de tablas de valores.
 Representaciones gráficas.
 Deducción de ecuaciones matemáticas.
En el apartado 1.8 se recogen varios ejemplos donde se estudian tendencias observadas en una tabla de datos, se elaboran gráficos y se deducen ecuaciones a partir de los mismos.
Una vez comprobadas las hipótesis consideradas para la resolución del problema planteado al inicio se debe pasar a la última etapa de CONCLUSIONES. En este punto se debe elaborar un informe que recoja, lo más detalladamente posible, todo el proceso seguido, tanto si se ha llegado a la solución del problema como si no. Así, se debe exponer los datos utilizados, las hipótesis consideradas, la experimentación llevada a cabo y un razonamiento claro de la validez de cada hipótesis.
Cuando una de las hipótesis contempladas resulta ser válida y además explica un número elevado de hechos naturales, adquiere el rango de ley:
: Regla universal a la que están sujetos los fenómenos de la naturaleza, relación constante entre términos. Ejemplos: ley de la gravedad, leyes de Kepler.
y, si además, son varias las hipótesis, consideradas leyes, que sirven para resolver el problema, al conjunto de ellas, se les denomina TEORÍA:
: Conjunto organizado de principios, reglas o leyes de carácter científico que explican unos hechos.




Ejercicios de aplicación.
1.5. Busca, utilizando libros de Física o de Química, leyes que expliquen algunos fenómenos de la naturaleza, indicando si éstas se encuentran formando parte de una teoría.









1.2.- MEDIDA DE MAGNITUDES.
En el apartado anterior se ha puesto de manifiesto la importancia de la medida en todo proceso científico. Ya en las primeras etapas del método científico se le da a la medida, junto con la observación, gran importancia.
Pero antes de abordar el proceso de medida deben quedar claros algunos conceptos, además del de medida, por ejemplo, que se va a medir.
Se puede definir medida como:
: El proceso de comparación de una magnitud con otra similar, llamada unidad, para averiguar cuantas veces la contiene.
Para entender correctamente la definición anterior se debe aclarar que se entiende por magnitud (física):
: Una magnitud física es toda propiedad de los cuerpos que se pueda medir.

Ejercicios de aplicación.
1.6. De las siguientes características, di cuales se pueden considerar magnitudes físicas y cuales no:
a) Altura  F  V

b) Bondad  F  V

c) Peso  F  V

d) Temperatura  F  V

e) Dolor  F  V

f) Belleza  F  V

g) Distancia  F  V


y por unidad de medida:
: Es la cantidad que se adopta como patrón para comparar con ella cantidades de la misma especie.


Como se deduce de las definiciones anteriores, y se indica en la figura 3 la medida se lleva a cabo sobre magnitudes físicas tales como la masa, el volumen, el tiempo...
La medida puede clasificarse en directa, si se conoce el valor de la magnitud a través de la utilización de un instrumento de medida –tiempo-, o indirecta, si para conocer ese valor hay que estimar antes otras magnitudes y posteriormente utilizar una expresión matemática.





Figura 3. El proceso de medida.


Cabe indicar, por último, que toda medida debe contener, además del valor numérico, la unidad de medida asociada a la magnitud física –las unidades de medida se agrupan en sistemas de unidades, siendo el SI al aceptado por todos los científicos-.

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