Teoría tema 1 A ciencia e o seu método

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TEMA 1.- LA CIENCIA Y SU MÉTODO

1.1.- LA CIENCIA

1.2.- EL MÉTODO CIENTÍFICO

1.3.- MAGNITUDES FÍSICAS Y QUÍMICAS. MAGNITUDES ESCALARES Y VECTORIALES

1.4.- EL SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES. ANÁLISIS DIMENSIONAL 1.5.- ERRORES ABSOLUTO Y RELATIVO. EXPRESIÓN DE RESULTADOS 1.6.- PROYECTOS DE INVESTIGACIÓN. ANÁLISIS Y PRESENTACIÓN DE RESULTADOS

1.1.- LA CIENCIA

La ciencia es la actividad humana que se basa en la determinación de las leyes que gobiernan los procesos naturales. Lo que en un principio era englobado en una disciplina común denominada “Filosofía” pasó a especializarse y dio lugar a las distintas ramas del saber científico. Así, tenemos hoy en día diversas ciencias como la física, la química, la biología, la geología…

De entre todas estas ciencias, nos vamos a centrar en las dos que nos ocuparán a lo largo de este curso, esto es, la física y la química. Definamos pues qué son estas dos ciencias y cuál es el objeto de estudio de ambas

Física.- Se denomina física a la parte del saber científico que se ocupa de las leyes que gobiernan los procesos naturales en los que no tiene lugar una variación de la composición química de la materia. Podemos citar como procesos físicos, por ejemplo, la caída libre, el calentamiento de un cuerpo, la atracción eléctrica entre dos cargas…

Química.- Se denomina ciencia química a aquella parte del saber científico que se ocupa de los fenómenos en los que tiene lugar un cambio en la composición de la materia. Podemos citar como fenómenos químicos, por ejemplo, la combustión de un hidrocarburo, la combinación de un ácido con una base, el proceso de producción de corriente continua mediante la utilización de una célula galvánica (pila)… 1.2.- EL MÉTODO CIENTÍFICO

Para poder formular una teoría científica, debemos seguir una serie de normas, es decir, hemos de guiarnos por una serie de pasos que nos lleven desde la observación de un determinado problema hasta la elaboración de una teoría científica que de explicación a dicho fenómeno. Así pues, el método científico se divide en los siguientes pasos:

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2. Formulación de una hipótesis.- En segundo lugar, hemos de formular una hipótesis que dé una explicación al fenómeno observado. Es decir, hemos de hacer enunciados comprobables y verosímiles para explicar el fenómeno.

3. Experimentación.- Hemos de realizar experimentos que nos permitan comprobar que las hipótesis que hemos formulado para dar explicación al problema en cuestión son verdaderas. Este paso es de vital importancia, ya que, si nuestra hipótesis no supera la fase de la experimentación, hemos de desecharla y formular hipótesis alternativas que sean válidas para la explicación del fenómeno.

4. Conclusiones.- Una vez que nuestro experimento ha verificado las hipótesis, se debe formular la teoría científica y darla a conocer en el ámbito científico en la medida que sea posible. Esta teoría será válida hasta que exista un fenómeno experimental que la contradiga, en cuyo caso tendremos que reformular la teoría o sustituirla por otra alternativa.

1.3.- MAGNITUDES FÍSICAS Y QUÍMICAS. MAGNITUDES ESCALARES Y VECTORIALES

Una magnitud física o química es cualquier propiedad de un objeto que puede ser medida, son magnitudes, por lo tanto, la temperatura, la velocidad, la longitud…Una característica fundamental de las magnitudes físicas y químicas es que tiene que estar referenciadas a un patrón, es decir, no sólo basta con dar un número o un vector, sino que hemos de dar también una unidad. La unidad es la referencia respecto la que estamos comparando la propiedad. Así, no tiene sentido decir, que

4.- Conclusiones

Se formula una teoría Formulación de la teoría de la gravitación universal

3.- Experimentación

Se realizan experimentos para verificar la hipótesis formulada Lanzamos varios cuerpos y comprobamos que todos caen hacia la tierra.

2.- Hipótesis

Se formula una hipótesis compatible y verificable La Tierra ejerce una atracción sobre los cuerpos

1.- Observación

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la distancia entre dos puntos es de 5, lo que sería correcto, es decir que la distancia entre dos puntos es de 5 km o de 5 cm. Esto quiere decir, que un número por si solo no nos dice nada si no está acompañado de una unidad.

Todas las magnitudes físicas o químicas se pueden clasificar en dos grandes grupos: magnitudes escalares y magnitudes vectoriales.

1. Magnitudes escalares.- Una magnitud escalar es aquella que queda totalmente determinada dando su valor y unidad. Son ejemplos de magnitudes escalares la temperatura, el tiempo o el espacio

2. Magnitudes vectoriales.- Una magnitud vectorial es aquella que para que quede determinada es necesario dar el módulo, dirección, sentido y unidad. Son ejemplos de magnitudes vectoriales la velocidad, la aceleración o la fuerza.

1.4.- EL SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES. ANÁLISIS DIMENSIONAL

El Sistema Internacional de Unidades, abreviado SI, es el sistema de

unidades que se usa en todos los países del mundo, a excepción de tres

que no lo han declarado prioritario o único.

Es el heredero del antiguo Sistema Métrico Decimal y por ello también se conoce como «sistema métrico».

Se instauró en 1960, en la XI Conferencia General de Pesas y Medidas, durante la cual inicialmente se reconocieron seis unidades físicas básicas. En 1971 se añadió la séptima unidad básica: el mol.

Las magnitudes básicas y sus unidades en dicho sistema internacional son:

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

Magnitudes escalares

•Queda determinadas por una cantidad y una unidad

Magnitudes vectoriales

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La definición de estas unidades son las siguientes:

Unidad de longitud: metro (m) El metro es la longitud de trayecto recorrido en el vacío por la luz durante un tiempo de 1/299 792 458 de segundo.

Unidad de masa El kilogramo (kg) es igual a la masa del prototipo internacional del kilogramo

Unidad de tiempo El segundo (s) es la duración de 9 192 631 770

periodos de la radiación correspondiente a la transición entre los dos niveles hiperfinos del estado fundamental del átomo de cesio 133.

Unidad de intensidad de

corriente eléctrica El constante que manteniéndose en dos conductores ampere (A) es la intensidad de una corriente paralelos, rectilíneos, de longitud infinita, de sección circular despreciable y situados a una distancia de un metro uno de otro en el vacío, produciría una fuerza igual a 2·10-7_{newton por metro de longitud.}

Unidad

de temperatura termodinámica Eles la fracción 1/273,16 de la temperatura kelvin (K), unidad de temperatura termodinámica, termodinámica del punto triple del agua.

Observación: Además de la temperatura termodinámica (símbolo T) expresada en kelvins, se utiliza también la temperatura Celsius (símbolo t) definida por la

ecuación t = T - T0 donde T0 = 273,15 K por definición.

Unidad de cantidad de sustancia El mol (mol) es la cantidad de sustancia de un sistema que contiene tantas entidades elementales como átomos hay en 0,012 kilogramos de carbono 12.

Cuando se emplee el mol, deben especificarse las unidades elementales, que pueden ser átomos,

moléculas, iones, electrones u otras partículas o grupos especificados de tales partículas.

Unidad de intensidad luminosa La candela (cd) es la unidad luminosa, en una

dirección dada, de una fuente que emite una radiación monocromática de frecuencia 540·1012_{hertz y cuya} intensidad energética en dicha dirección es 1/683 watt por estereorradián.

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Unidad de frecuencia Un hertz (Hz) es la frecuencia de un fenómeno periódico cuyo periodo es 1 segundo.

Unidad de fuerza Un newton (N) es la fuerza que, aplicada a un cuerpo que tiene una masa de 1 kilogramo, le comunica una aceleración de 1 metro por segundo cuadrado.

Unidad de presión Un pascal (Pa) es la presión uniforme que, actuando sobre una superficie plana de 1 metro cuadrado, ejerce perpendicularmente a esta superficie una fuerza total de 1 newton.

Unidad de energía, trabajo, cantidad de calor

Un joule (J) es el trabajo producido por una fuerza de 1 newton, cuyo punto de aplicación se desplaza 1 metro en la dirección de la fuerza.

Unidad de potencia,

flujo radiante Un producción de energía igual a 1 joule por segundo. watt (W) es la potencia que da lugar a una

Unidad de cantidad de electricidad, carga eléctrica

Un coulomb (C) es la cantidad de electricidad transportada en 1 segundo por una corriente de intensidad 1 ampere.

Unidad de potencial eléctrico, fuerza electromotriz

Un volt (V) es la diferencia de potencial eléctrico que existe entre dos puntos de un hilo conductor que transporta una corriente de intensidad constante de 1 ampere cuando la potencia disipada entre estos puntos es igual a 1 watt.

Unidad de resistencia

eléctrica Un entre dos puntos de un conductor cuando una ohm (W) es la resistencia eléctrica que existe diferencia de potencial constante de 1 volt aplicada entre estos dos puntos produce, en dicho conductor, una corriente de intensidad 1 ampere, cuando no haya fuerza electromotriz en el conductor.

Unidad de capacidad

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Unidad de flujo magnético

Un weber (Wb) es el flujo magnético que, al atravesar un circuito de una sola espira produce en la misma una fuerza electromotriz de 1 volt si se anula dicho flujo en un segundo por decaimiento uniforme.

Unidad de inducción

magnética Una que, repartida normalmente sobre una superficie de tesla (T) es la inducción magnética uniforme 1 metro cuadrado, produce a través de esta superficie un flujo magnético total de 1 weber.

Unidad de inductancia Un henry (H) es la inductancia eléctrica de un circuito cerrado en el que se produce una fuerza electromotriz de 1 volt, cuando la corriente eléctrica que recorre el circuito varía uniformemente a razón de un ampere por segundo.

También hemos de tner en cuenta que lso múltiplos y los submúltiplos de las unidades del sistema internacional y de todas las magnitudes derivadas están estandarizados y responden a las siguientes potencias de 10

_y

Cambios de unidades.- Factores de conversión

Para convertir una unidad en otra utilizaremos los factores de conversión. (Ver ejercicios)

Por último, hemos de tener en cuenta que existen una serie de normas para la escritura de las magnitudes:

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Los símbolos de las Unidades SI, con raras excepciones como el caso del ohm (Ω), se expresan en caracteres romanos, en general, con minúsculas; sin embargo, si dichos símbolos corresponden a unidades derivadas de nombres propios, su letra inicial es mayúscula. Ejemplo, A de ampere, J de joule.

Los símbolos no van seguidos de punto, ni toman la s para el plural. Por ejemplo, se escribe 5 kg, no 5 kgs

Cuando el símbolo de un múltiplo o de un submúltiplo de una unidad lleva exponente, ésta afecta no solamente a la parte del símbolo que designa la

unidad, sino al conjunto del símbolo. Por ejemplo, km2_{significa (km)}2_{, área}

de un cuadrado que tiene un km de lado, o sea 106_{metros cuadrados y}

nunca k(m2_{), lo que correspondería a 1000 metros cuadrados.}

El símbolo de la unidad sigue al símbolo del prefijo, sin espacio. Por ejemplo, cm, mm, etc.

El producto de los símbolos de de dos o más unidades se indica con preferencia por medio de un punto, como símbolo de multiplicación. Por ejemplo, newton-metro se puede escribir N·m Nm, nunca mN, que significa milinewton.

Cuando una unidad derivada sea el cociente de otras dos, se puede utilizar la barra oblicua (/), la barra horizontal o bien potencias negativas, para evitar el denominador.

No se debe introducir en una misma línea más de una barra oblicua, a menos que se añadan paréntesis, a fin de evitar toda ambigüedad. En los casos complejos pueden utilizarse paréntesis o potencias negativas.

m/s2_{o bien m·s}-2_{pero no m/s/s. (Pa·s)/(kg/m}3_{) pero no Pa·s/kg/m}3

Los nombres de las unidades debidos a nombres propios de científicos eminentes deben de escribirse con idéntica ortografía que el nombre de éstos, pero con minúscula inicial. No obstante, serán igualmente aceptables sus denominaciones castellanizadas de uso habitual, siempre que estén reconocidas por la Real Academia de la Lengua. Por ejemplo, amperio, voltio, faradio, culombio, julio, ohmio, voltio, watio, weberio.

Los nombres de las unidades toman una s en el plural (ejemplo 10 newtons) excepto las que terminan en s, x ó z.

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no se separan por puntos ni comas. Las separación en grupos no se utiliza para los números de cuatro cifras que designan un año.

1.5.- ERRORES ABSOLUTO Y RELATIVO. EXPRESIÓN DE RESULTADOS

Como hemos dicho anteriormente, la experimentación es una parte fundamental en el método científico. Cuando se realiza un experimento, el objeto último del mismo suele ser el de realizar una medida de una determinada magnitud (por ejemplo, el tiempo que tarda una piedra en caer desde una ventana situada a una altura de dos metros). Por norma general, los resultados que vamos a obtener para una medida cuando se repite en varias ocasiones no es el mismo, sin embargo, el resultado que hemos de proporcionar es único. ¿Cuál es la manera de expresar un resultado a partir de varias medidas? La respuesta es fácil, el resultado de hacer varias medidas es la media de los resultados que hemos obtenido en cada experimento individual.

Además, a cada medida hemos de asociarle un error. Distinguimos dos tipos de errores, por un lado el error absoluto, definido como la diferencia (en valor absoluto) entre la medida y la media y por otro lado el error relativo que definimos como el error absoluto dividido entre la media y por 100:

𝜀_𝑎 = |𝑥 − 𝑥̅|

𝜀𝑟 =

𝜀_𝑎 𝑥̅ 100

El error absoluto que hemos de asignar a la medida de la magnitud es la media de los errores absolutos de todas las medidas individuales.

El resultado final que hemos de dar para la magnitud es:

𝑥 ± 𝜀_𝑎

(Ver ejercicio)

1.6.- PROYECTOS DE INVESTIGACIÓN. ANÁLISIS Y PRESENTACIÓN DE RESULTADOS Una vez que hemos formulado nuestra teoría científica, hemos de presentarla como un cuerpo que da explicación a un fenómeno. Para la explicación de la teoría científica, normalmente se publica la información en revistas especializadas que dan a conocer a la comunidad científica el fenómeno observado, la hipótesis que se ha formulado, los experimentos que se han llevado a cabo y, lo más importante, las conclusiones que hemos extraído de nuestra observación y de la teoría que hemos elaborado.

(Ver ejercicio)

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Una de las fases que más importancia tiene en la presentación de los resultados que hemos obtenido después de haber realizado una experimentación es la representación gráfica de los resultados obtenidos. La representación gráfica de los resultados obtenidos se suela hacer, dependiendo del tipo de datos que estemos analizando en diferentes tipos de gráficos:

 Diagramas de dispersión.- Representamos en unos ejes XY los valores que hayamos obtenido. La variable que representamos en el eje x es la variable independiente (la que nosotros podemos controlar) y la variable que representamos en el eje y es la variable independiente (resultado del experimento).

 Histogramas.- Sirven para realizar medidas de frecuencia, es decir, cuántas veces se repite un determinado resultado al realizar un experimento.