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Elaborado según la Reforma curricular con un enfoque educativo centrado en el aprendizaje.
Física
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B A C H ILLE R A T ORosa Elisa T. Hernández Acosta
Rosa Elisa T. Hernández Acosta
Olivia Urdapilleta Leyva
Olivia Urdapilleta Leyva
El descubrimiento de la ciencia requiere un proceso continuo de acercamiento a las ideas,
experiencias, nociones y conocimientos desarrollados hasta nuestros días. Se trata de
una aproximación a la génesis del acervo científi co como un hecho social e histórico.
Física 1 presenta oportunidades para que el estudiante de bachillerato adquiera
la perspectiva de esta aproximación y construya su conocimiento razonado sobre los
fenómenos del entorno. El lenguaje accesible, la información actualizada e interesante
sobre las aplicaciones de la física, y los espacios de refl exión y análisis sobre diferentes
situaciones del entorno inmediato son los elementos distintivos de esta obra.
Su propósito es mostrar los planos del “edifi cio” de la física de modo que el estudiante
sienta curiosidad por entrar a sus “habitaciones”, se haga cuestionamientos sobre su
entorno, recorra cada recoveco de esta construcción e incluso, por qué no, llegue a la
“habitación” que dé respuesta a su curiosidad.
Física 1 DGB cover.indd 1
Rosa Elisa T. Hernández Acosta
Olivia Urdapilleta Leyva
Elaborado según la Reforma
curricular con un enfoque educativo
centrado en el aprendizaje
El libro Física 1 es una obra colectiva, creada y diseñada en el Departamento de Investigaciones
Educativas de Editorial Santillana, con la dirección de Clemente Merodio López.
El libro
Física 1
fue elaborado
en Editorial Santillana por el siguiente equipo
ediciónCatalina Pelayo Rojas
coordinacióneditorial Roxana Martín-Lunas Rodríguez
correccióndeestilo Rubén I. Osorio Martínez
diseñodeinteriores Martha Covarrubias Newton
diseñodeportada Leonardo Pérez Ramírez y Francisco Ibarra Meza
coordinacióndediseñoeiconografía Martha Covarrubias Newton investigacióniconográfica Astrid Stoopen Mendoza ilustradores Nuria Montiel Pérez Grovas
• Ximena Pérez Viveros
fotografía Archivo Santillana
• Corel Stock Photo • Banco Imagina Carlos Hahn • Francisco Mata Rosas • Juan Miguel Bucio Trejo Rocío Echávarri Rentería • Ruth Torres Fernández
Unai Miquelajáuregui Graf • Diego de la Llata Mauleón diagramación Naandeyé García Villegas
•mmcn
editoraenjefedebachillerato Roxana Martín-Lunas Rodríguez gerenciadeinvestigaciónydesarrollo Armando Sánchez Martínez
gerenciadeprocesoseditoriales Laura Milena Valencia Escobar gerenciadediseño Mauricio Gómez Morin Fuentes
coordinacióndearteydiseño Francisco Ibarra Meza coordinacióndesistemaseditoriales Víctor Manuel Vallejo Paquini
digitalizacióndeimágenes José Perales Neria
• Gerardo Hernández Ortiz María Eugenia Guevara Sánchez
fotomecánicaelectrónica Gabriel Miranda Barrón
• Manuel Zea Atenco Benito Sayago Luna
La presentación y disposición en conjunto y de cada página de Física 1 son propiedad del editor. Queda estrictamente prohibida la reproducción parcial o total de esta obra por cualquier sistema o método electrónico, incluso el fotocopiado, sin autorización escrita del editor.
D.R. © 2007 por EDITORIAL SANTILLANA, S. A. DE C. V. Av. Universidad 767, 03100, México, D. F.
ISBN: 978-970-29-1882-0 Primera edición: abril de 2007
Miembro de la Cámara Nacional de la Industria Editorial Mexicana. Reg. Núm. 802 Impreso en México.
Gracias a Mamá y a Tona. A Esteban por estar siempre ahí conmigo. rosaelisat.hernándezacosta Para el Gordo, Papá y Patito. oliviaurdapilletaleyva
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onsideramos que la física es quizá la ciencia que ha “materializado” los hallaz-gos y el cuerpo de conocimientos científicos en avances tecnológicos que utilizas cotidianamente, equipos e instrumentos para la investigación científica, e inven-tos y aparainven-tos que hoy sustentan la era de la información en la que vives.Probablemente, hasta hoy, habías pensado que la física es una tarea académi-ca, extraña, ajena, completamente abstracta y alejada de tu realidad. La vida dia-ria de buena parte de la población mundial sería sustancialmente distinta si no existieran inventos como el transistor, la computadora, la red informática mun-dial y el rayo láser, todos creados por físicos.
El propósito de Física 1 es abordar los temas bajo una perspectiva diferente con lenguaje accesible, información actual e interesante, y oportunidades para que reflexiones y analices diferentes situaciones de tu entorno inmediato.
En cada unidad, encontrarás secciones como Para comenzar, donde recono-cerás las ideas que ya tienes en relación con los temas de la unidad. De buena tinta es una serie de notas interesantes de física que son una vía opcional para profundizar. Activa la memoria te apoya para que recuerdes nociones y concep-tos de otras asignaturas, y de lo que ya sabes de física. La ciencia hace historia, relatos histórico sociales que enriquecerán tu perspectiva de la construcción so-cial de la ciencia. Modifica tu entorno, aplicarás los conocimientos adquiridos para fomentar un cambio social en tu comunidad. El Resumen es un espacio para organizar las ideas y los conceptos revisados en la unidad. Evaluación es una propuesta para monitorear tu aprendizaje.
Estamos convencidas de que al finalizar este curso podrás percibir la física a tu alrededor y bajo otra visión. Para comprender la física es necesario abrir bien los ojos y tener la curiosidad de siempre indagar más a fondo. Sólo nos basta decirte: ¡que lo disfrutes!
Las autoras
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unidad
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Magnitudes físicas
y vectores
34 Para comenzar 361. Magnitudes físicas
y su medición
37Una primera aproximación: los sentidos 37 ¿Qué es medir? 39 Magnitudes fundamentales y derivadas 40 Sistemas de unidades cgse Inglés 42 Sistema Internacional de Unidades, ventajas y limitaciones 44 Unidad de longitud 45 Unidad de masa 46 Unidad de tiempo 46 Otras unidades fundamentales 47 Transformación de unidades de un sistema a otro 48 Métodos directos e indirectos de medida 50 Notación científica y prefijos 53 Notación científica 53 Prefijos 55 La resolución, la precisión y la exactitud de los instrumentos en la medición de diferentes magnitudes 59 Tipos de errores 61 Cifras significativas 64
2. Vectores
66Diferencia entre magnitudes escalares y vectoriales 66
Características de un vector 67
Las dimensiones conocidas 68
Vectores en dos dimensiones 70
Representación gráfica y matemática de vectores coplanares, no coplanares, deslizantes, libres, colineales y concurrentes 72
Tipos de vectores y sus relaciones 72
Operaciones con vectores 74
Módulo de un vector 74
Suma de vectores 75
Resta de vectores 78
Multiplicación por un escalar 78
Representación canónica de vectores 79
Composición y descomposición rectangular de vectores por métodos gráficos y analíticos 80 Descomposición de vectores 80 Composición de un vector 81 Transformación de coordenadas 81 Resumen 84 Evaluación 85 Artículo de divulgación 89
unidad
1
Introducción al
conocimiento
de la física
6 Para comenzar 81. ¿Qué es la física?
9Relación de la física con el entorno y la vida cotidiana 9
La física 12
La realidad más impactante que la ciencia ficción 12
¿Y la física? 13
2. Método científico
183. Física, tecnología
y sociedad
24 Relación de la física con otras ciencias 24Tecnología y sociedad 26
Resumen 30
Evaluación 31
Artículo de divulgación 32
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unidad
3
Movimiento
92 Para comenzar 941. Movimiento en
una dimensión
95 Cinemática 95 Conceptos cinemáticos 97 –distancia y desplazamiento 100 –rapidez 102 –velocidad 107 –aceleración 110Sistemas de referencia absoluto y relativo 115
Movimiento rectilíneo uniforme 116
Movimiento rectilíneo uniformemente acelerado 120 El método gráfico 127 Caída libre 129 Tiro vertical 133
2. Movimiento en
dos dimensiones
138 Tiro horizontal 138 Tiro parabólico 143 Movimiento circular 150Movimiento circular uniforme 151
Movimiento circular uniformemente acelerado 154
Relaciones cinemáticas angulares y lineales 155
Resumen 159
Evaluación 160
Artículo de divulgación 162
unidad
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Leyes de Newton, trabajo,
potencia y energía
164Para comenzar 166
1. Leyes de Newton
167¿Qué es una fuerza? 167
Segunda ley de Newton 168
Unidades de fuerza 170
Peso de los cuerpos 173
Fuerza normal y fuerza de fricción 177
Fuerza normal 177
Fuerza de fricción: estática y cinética 180
Coeficientes de fricción 183
Primera ley de Newton 186
Midamos la inercia 188
Sistemas inerciales 189
Tercera ley de Newton 190
Interacción entre los cuerpos 190
Fuerzas de acción y reacción 193
Ley de la gravitación universal 194
Constante de la gravitación universal 197
2. Trabajo, potencia y energía
mecánicos
200 Trabajo mecánico 200 Trabajo vertical 201 Trabajo horizontal 201 Potencia mecánica 205 Energia mecánica 208 Energía cinetica208 Energía potencial210Ley de la conservación de la energía 212
Resumen 216
Evaluación 217
Artículo de divulgación 220
Fuentes de consulta 223
Introducción al
conocimiento
de la física
Si no puedes explicar
lo que has estado haciendo,
tu trabajo carecerá de valor.
erwinshrödinger
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¿Qué es la física?
Relación de la física con el entorno
y la vida cotidiana
La física
2
Método científico
3
Física, tecnología y sociedad
Relación de la física con otras ciencias
Tecnología y sociedad
En esta unidad
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escubrirás los beneficios que
la física y el método científico
aportan a tu vida cotidiana;
R
econocerás la importancia de
la relación de la física con otras
ciencias para el desarrollo
de tecnología, así como sus
efectos sobre la vida humana;
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xplicarás qué es la física para ti,
su importancia con tu entorno
inmediato y su papel frente
a otras ciencias en el desarrollo
tecnológico.
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odoslosdías,despuésdeclases,pasas porunparquedecaminoatucasa.Casi siempre hay varias personas, niños, ni- ñas,jóvenes.Unosjueganconlapatine-ta,otrosconlospatinesoconunapelota. Pero siempre hay alguien en el parque. Comodecostumbre,vessialgunodetus amigosandaporahí.Mmm...no,nohay nadie.Asíquecontinúastucaminoyjus-tocuandovasaabrirlapuertacomienza allovermuyfuerte. ¡Quésuerte!Tepreparasalgodecomer ytesientasavertelevisión.Teacuerdas quehoyvanapasarunprogramasobrela bombaatómica;averquétalestá.Peroal encendereltelevisorlaseñaldelcanalse interrumpe.Deseguroesporeserayotan fuertequeseescuchó. Nihablar,teresignasyvasaturecáma-ra.Hojeaslarevistadeastronomíaquete prestaronycomienzasapreguntartesien otrosplanetastambiénhabrátormentas,si algunavezelserhumanopodrápisarotro planeta.¿Algúndíasepodrátransmitirun programadetelevisióndesdeallá? Introducción al conocimiento de la física
Para comenzar
Responde las siguientes preguntas.
1. ¿Crees que en la lectura se habla de fenómenos que tienen una explicación científica? ¿Por qué?
2. Haz una lista de algunos fenómenos que tienen explicación científica e intenta escribir una explicación para cada uno.
3. ¿Consideras que tus explicaciones son suficientes para com-prender estos fenómenos? ¿Por qué?
4. Si tus explicaciones no son suficientes, ¿qué conocimiento te hace falta para comprender esos fenómenos?
5. ¿Qué ciencias entran en juego para el estudio de estos fe-nómenos?
Si bien desconocemos todo el saber científico que hay detrás de cada avance tecnológico que actualmente nos facilita la vida, utilizamos la tecnología cotidianamente.
La experiencia permitió a los primeros seres humanos indagar sobre su entorno. Este empirismo prevaleció por mucho tiempo, hasta que comenzaron a preguntarse por las causas del comportamiento de la Naturaleza. Este cuestionamiento condujo a lo que se conoció como “filosofía natural”, el antecedente de la ciencia.
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Algunaveztehaspreguntadoporquétepuedesequilibrarenla patineta,porquéruedanlospatines,porquéllueve,cómo funcionalatelevisión,cómotransmitelaseñalunsaté- lite,cómoviajalaluz,cómosehizolabombaató-mica, cómo se formó el sistema solar, o qué tanlejosestánlosplanetas?Lossereshumanossiemprehantenido unapasiónporindagar.TantolaNatu-raleza como la vida en sociedad son fuentes de inagotables interrogantes. Alrespondercómoocurrentodoses-tossucesosnosólosesatisfacenuestra pasiónporaveriguar,sinoquetambién es posible resolver problemas prácticos. ¿Cómo? Tan sólo planteando las preguntas anteriores de otro modo. El planteamiento de un problemafacilitaodificultasusolución: •¿enquépartedelapatinetamecolocoparaequilibrarme? •¿quépatinesutilizoparaalcanzarunavelocidadmayor? •¿cómomeprotejodelalluvia? •¿cómohagomásnítidalaimagendelatelevisión? •¿cómoseempleabenéficamentelamismaenergíaqueseusóen labombaatómica? Todoslosfenómenosqueocurrenennuestravidacotidianaguardan unaestrecharelaciónentresí:laposibilidaddeseranalizadosyexpli-cadosdesdelaperspectivadelaciencia. EnestelibroenparticularestudiaráslosfenómenosdelaNaturaleza desdeelpuntodevistadelafísica.
Relación de la física
con el entorno y la vida cotidiana
SitepreguntaranquéseteocurrecuandoescuchaslapalabraNatu-raleza, probablemente te imaginarías rodeado de árboles, animales, agua,tierra,cielo,marysol;quizátambiénseteocurriríapensaren loqueobtenemosdetodoloanteriorcomofruta,carne,pielesyvi-viendas.Sinembargo,Naturalezaestodoloquenosrodea. Tratardeentenderesoquenosrodeanoesunatareanuevanitam-pocofácil.Desdelaaparicióndelserhumanosupasiónporindagar estáimplícitaensunecesidaddecomprendersuentorno,paratratar dedominaromodificarlosfenómenosdelaNaturaleza.
¿Qué relación guarda la física con tus patines?
Hace alrededor de 400 años la ciencia cobró importancia para los estudiosos únicamente. Sin embargo, 200 años después la ciencia se ha convertido en parte de la vida cotidiana debido a la serie de cambios tan notorios que ha provocado, de una o de otra manera, en el entorno inmediato de cada ser humano.
Elreconocimientodelosfenómenosnaturalestuvouncomienzoli-gadoalasupervivenciay,portanto,útil;esdecir,elreconocimiento delosperiodosdecaza,cosechaorecolecciónjugóunpapelprepon- deranteenlaobservacióndelcielo,enelaprendizajedelaperiodi-cidaddelasestacionescálidasyfrías,enlosciclosdemareasbajaso altas,oenelpronósticodelclimaparalasiembra. Deestemodolossereshumanosaprendieronaestablecerrelacio-nesdecausa-efectoentrefenómenosqueaprimeravistanoparecían estarrelacionados,hastareconocerenquémomentossellevanacabo ciertosfenómenosnaturales. CuantomásaprendióacercadelaNaturaleza,elserhumanoacre- centóelacervodeconocimientosacercadelosfenómenosquepasa-banasualrededor.Esteacervodeconocimientos,quecontinuamente crece,esloqueconelpasodeltiempoconstituyóloquehoyllama- mosciencia.Estrictamentelapalabraciencia(scientiaenlatín)signi-ficaconocimiento. Amedidaquelacantidaddeconocimientoscrecía,losestudiostam-biénsefueronespecializandodemodoquefuenecesariodividirla cienciaenvariasramasdeacuerdoconlosdiferentesfenómenosob-servados. Y de este modo a los que estudiaban la vida se les lla-móbiólogososólonaturalistas;alosqueobservabanlosfenómenos comolasfuerzasqueintervienenparalograrmovercuerposseleslla-mófísicos;yalosqueobservabanelcieloselesllamóastrónomos. Estosucedióporahídelsigloxvii. Enlaactualidad,songrandeslosavancesencienciayaúnmáslos beneficiosquehemosobtenidoalcompartirycombinarconocimien-tos.Laestrecharelaciónentrelasdiversascienciassevereflejadaenel avancedelatecnologíaquetodosempleamosennuestravidacotidia-na:tú,ladeportista,elobrero,lacomercianteyelservidorpúblico.
La física es una ciencia protagonista de este avance tecnológico. Por ejemplo, un albañil sin conocimientos de física probablemente
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Intr
oducción al conocimiento de la física
La descripción de los sucesos “cotidianos” constituye una forma de registro de la necesidad del ser humano por conocer su entorno.
no sabe cómo funciona la mez-cladoradeconcreto,perosísabe cómo utilizarla; el deportista tal veznosabecómofuncionanlos sistemas computarizados que lo estudian para mejorar su rendi-miento, pero se vale de los re-sultadosparacorrermásrápido, lanzarbalonesmáslejos,osaltar másalto.
Gracias al acervo de conoci-mientosenfísica,sabemosquela Tierragirasobresupropioejey
seoriginanlosdíasylasnoches;quecuandovasalparquerecorres unadistanciaycuandousastuspatinesylapatinetatemantienesen movimiento.Todoestoloestudiaunapartedelafísicallamadame-cánica. La tormenta que cae sobre tu ciudad puede explicarse aten-diendoalosfenómenostérmicosoelectromagnéticosqueocurrenen lahidrosfera;sepuedeinclusopronosticarelfenómenometeorológi-cosabiendocómocambialapresiónatmosféricaantesdequellueva. Parahacerfuncionarunaparatodetelevisiónesnecesarioaplicarco-nocimientos de electricidad, magnetismo y óptica; en cambio, cuan-dollegasacasaysientesladiferenciadetemperaturaconelexterior esasuntodelatermodinámica.Lafísicaatómica,cuánticayrelativista estánestrechamenteligadasconlacreacióndelabombaatómica,en tantoqueelrayoquecaeestáparticularmenterelacionadoconelectri-cidad.Losviajesespacialesylapuestaenórbitadesatélitessepueden estudiarconmecánicaclásica,perolatransmisióndeseñaleslumino-saseselobjetodeestudiodelamecánicarelativista.ElporquélaLuna giraalrededordenuestroplanetaseexplicapormediodelaleydela gravitaciónuniversalhalladaporNewton. Atodosnosinteresaconocerloquenosrodeayaseaparaprevenir algúndesastrenaturalohacernuestravidamáscómodapormediode avancestecnológicosquevandesdeunsismógrafohastalaposibilidad decomunicartepormediodeInternetconunapersonaakilómetrosde distancia.
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Los satélites que posibilitan las comunicaciones, los transportes y los estudios sobre la Tierra y el espacio exterior siguen órbitas sobre el ecuador a la misma velocidad que nuestro planeta (órbitas geosincrónicas).
En tu cuaderno, describe algunas de las actividades que realizas a diario. Identifica los fenómenos físicos que ocurren en cada actividad.
Compara tu lista de actividades y los fenómenos que identificaste con las respuestas del resto de tu grupo. ¿Identificaste los mismos fenómenos que tus compañeros o compañeras?
¿Utilizaste los mismos criterios para determinar si era o no un fenómeno físico? ¿Por qué? Con la ayuda de tu profesora o profesor, analicen por qué consideraron estos fenómenos parte de la física y enumeren los criterios para determinar cuándo son fenómenos físicos.
La física
La realidad, más impactante
que la ciencia ficción
Queremoscontarteunahistoriaquenaceprecisamentedeunadelas ramasdelafísica.EstocomienzaenelReinoUnido,pocoantesdel iniciodelaSegundaGuerraMundialydequeelejérci-toalemándecidierainvadirestepaís. Enlasoficinasdecorreosytelégrafosbri-tánicosteníanunproblemaquenopodían solucionar.Cadavezquecualquiertipode aviónpasabasobreloscablesdecomuni- cacióncausabainterferenciaenlastransmi-sionesdelostelégrafos.Pidieronamuchas personassuapoyopararesolverelproblema; peroestamisiónquedóinconclusacuandoAlema-niadecideinvandirelReinoUnido. Losmilitaresbritánicosrecibieronlasnotificacionesdequelosale- manesinvadiríanelpaísporvíaaéreaconsusbombarderostante-midos por el Reino Unido. Los británicos pensaban que no existía defensa alguna contra el bombardero, en tanto los alemanes sabían quelosbritánicoscarecíandeunafuerzaaéreavigorosa.
LosjefesmilitaresdelReinoUnidocomenzaronabuscarsoluciones pararesolverelproblemadelainvasión,puessiAlemanialograbaen-traralpaísporvíaaérea,estaríanperdidos.
EntoncespidieronapoyoaArnoldFredericWilkins(1907-1985),un oficial militar a cargo de situaciones especiales, que sabía del pro-blema en la oficina de correos con respecto al telégrafo. Este ofi-cial se dio a la tarea de investigar la situación y se dio cuenta de queloscablesdecomunicaciónfuncionabancomoantenatransmiso- radeseñalesqueviajanenelespacio.Enelmomentoenqueexis-telatransmisióndeseñalesporloscablesyunaviónpasaacierta distancia, éste rebota las señales nuevamente en el cable de
comu- nicaciónyperturbaeltelégrafo.Observan-doestefenómenoyhaciendosuposiciones yexperimentos,Wilkinsencontróunmode-lomatemático,claroestá,ydeterminóuna relaciónparacreartantoantenasdetransmi-sióncomoderecepción.
Bajo este principio desarrolló un aparato conunapantallapararecibirlasseñalesre-botadas.Mediantelatransmisióndeseñales porlasantenasyacreadas,Wilkinssupuso quelaseñalrebotadaledaríaunaimageny unaposiciónenlapantalladelaparato.
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Introducción al conocimiento de la física
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El radar posibilitó
la detección de aeronaves que arrojaban bombas para invadir el territorio de otros países.
Puesbien,estainvestigación,queinicióen1935enlaoficinadeco-rreos,terminaen1940,casiunañodespuésdeliniciodelaSegunda GuerraMundial.LosalemanesinvadenInglaterraporvíaaérea,enla famosabatalladelReinoUnido,yelaparatodeWilkinshacesuapa-riciónenestemomentocrucial.Imaginaalosbombarderosalemanes volandoenlasfronterasdelReinoUnidoyalafuerzaaéreabritánica consuscazasesperandoenlaslíneasdeguerra...yvoilà!¡Eseaparatito quecrearonconlapantallaylasantenaslogradetectarlaubicaciónde losavionesalemanes!Éstefueelnacimientodelradaryeltriunfodel ReinoUnidoalimpedirlainvasióndelaAlemanianaziyderrotaraltan temidobombarderoalemán. Estesuceso,queaunquelargoderelataresmuyinteresante(espera-mosqueatitambiénteloparezca),tienesusfundamentosenlafísica. Lafísicaesunaactividadmuycomúnparalahumanidad,perocomo yahasvisto,muypocossedancuentadequelarealizanylautilizan tansóloalmomentodecaminaroallevantarsutazadecaféparadar-leuntrago.
¿Y la física?
Como recordarás, en páginas anteriores hablamos de ciencia. Ésta es unaactividadhumanaqueseapoyaenelmétodocientíficoparaesta- blecerrelacionesquegeneraneldesarrollodeconocimientosyavan-cestecnológicos. Estaactividadrespondealanecesidaddelserhumanodeconocer lascausasdeloqueocurreensuentorno,enlaNaturaleza.Talvezen uninicioestaspreguntasdebieronsermuysencillas,peroenlame- didaenqueseacrecentóelacervodeconocimientosparadarlesres-puestatambiéntuvieronlugarlosdescubrimientosyeldesarrollode latecnología.Estocondujoacuestionamientosmáscomplejosqueexi- gieronhabilidadesdepensamientosuperioresydestrezasparalosdis-tintosobjetosdeestudio.
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La ciencia, más que otros conocimientos, ha propiciado el desarrollo de métodos, técnicas e instrumentos para la investigación, que a su vez han permitido la invención de aplicaciones tecnológicas que inciden directamente en nuestra vida cotidiana y en estudios sobre nuestro entorno y nosotros mismos, cada vez más precisos y profundos.
“
La ciencia es la forma en que personas interesadas en algún problema lo estudian cuidadosamente, con frecuen-cia durante muchos años. Quienes hacen cienfrecuen-cia son personas como tú que, intrigadas por algún tema, comienzan por observar aquello que les inquieta [...], diseñan experimentos [...], suponen lo que va a pasar [...]. Y mediante el análisis e interpretación de resultados confirman si tenían razón. Así adquieren y generan nuevos conocimientos [...] para que otras personas [...] puedan confirmar sus ob-servaciones y diseñar sus propios experimentos. Entonces ellos también pueden generar nuevos saberes. [...] A partir de este proceso se define cada una de “las ciencias” de acuerdo con lo que estudia.Por tanto, ciencia es la generación de nuevos conocimientos, organizados de manera sistemática a partir del interés de alguien por ciertas cuestiones.
”
Dada la necesidad de especialización de acuerdo con los cuestio-namientoscadavezmáscomplicados,sehizonecesarioclasificarlas cienciassegúnsuobjetodeestudio.
Existenciencias formalesyciencias factuales.
Lascienciasformalestienencomoobjetodeestudiolasideas,lasre-lacioneslógicasolosprincipiosformalesdelconocimientohumano; lasmatemáticasylalógicaseconsideranpartedeestacategoría. Lascienciasfactualesestudianloshechosofenómenosreales.Asu vez,lascienciasfactualesseclasificanenotrasdosramas:las ciencias naturalesylasciencias sociales.
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Introducción al conocimiento de la física
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Elobjetodeestudiodelascienciasnaturalessonlosfenómenosob-jetivamenteverificables;esdecir,fenómenosconloscualessepuede experimentar.Ejemplosdeestascienciasnaturalessonlabiología,la física,laquímica,lazoología,laastronomíaylabotánica,entreotras. Porsuparte,lascienciassocialesestudianelorigenyeldesarrollo delasociedad,delasinstitucionesydelasrelacioneseideasquecon- formanlavidasocialengeneral.Algunasdelascienciassocia-lessonlaantropología,laarqueología,lasociología,las cienciaspolíticas,laeconomía,lahistoria,lageogra-fía,elderecho,lahistoriografíaylapsicología. Lafísicaesunaciencianaturalqueseocupade estudiar la mayor parte de los fenómenos que acontecen en el Universo, como la materia y la energía,ylasleyesquelosrigen.Considerasólo lascaracterísticasdelosfenómenosquesonsuje-tosdeserponderados,esdecir,fenómenosque tienencaracterísticasquesepuedenmedir. Enotraspalabras,lafísicaesunaactividadhu-manaqueestudialascaracterísticasmediblesde laNaturalezaysusleyesmásfundamentales.Clasificación de las ciencias
Ciencias formales
Lógica Matemáticas
Ciencias factuales
Ciencias naturales Ciencias sociales
Biología Antropología
Química Sociología
Física Historia
Geología (entre otras)
(entre otras)
¿Consideras que la marea y las olas son fenómenos susceptibles de ser medidos?
Continuamente se dice que la física es la más fundamental de las cienciasnaturales.Pero¿cuálseríaelfundamentodeestaafirmación siexistenfenómenosqueabordalabiología,porejemplo,yqueen aparienciapocotienenqueverconlafísica?Bueno,puessiconside-ramosquelafísicatratacuestioneselementalesdelUniversocomoel tiempo,elmovimiento,elespacio,laluzolamateria,estosconcep- tosdelafísicaseextiendenacienciasmáscomplejascomolabiolo-gíaolazoología. Pensemosporunmomentoenelobjetodeestudiodelabiología: la vida. Para estudiarla es necesario comprender cómo se especia-lizan ciertos órganos del cuerpo de un ser vivo. Podríamos indagar cómo ciertos tejidos constituyen cada órgano; para eso necesitaría-mosconocerlascélulasdeestetejido.Siquisiéramosprofundizaraún más, estudiaríamos el tránsito de nutrientes por las paredes celula- res,despuéslasmoléculasyloscompuestos.Enesepunto,yaesta-mostratandounapartedelcampodeestudiodelaquímica.Perosi aúnquisiéramostenerunpanoramamásamplio,nosadentraríamos alanálisisdemateriayátomos;esonosllevaríafinalmentealterreno delafísica.
En conclusión, la física nos permite contestar cuestionamientos y preguntassobrenuestroentorno,yademásnosdalaposibilidadde anticiparycomprenderlodesconocido.Elanálisiscuidadosodetodo loquenosrodeanospermitegenerarnuevaspreguntas.Yaquelafí-sicatratacuestioneselementalesparalacienciaengeneral,podemos afirmarquealcomprenderalgúnconceptodefísicaesposibleenten-dermejorlacienciaengeneral.
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Física es la ciencia que investiga los conceptos fundamentales de materia, energía y espacio así como las relaciones entre ellos. Lapalabra física proviene del voca-blo griego fisis que significa Na-turaleza y el sufijo –ica que
significa ciencia.
((ENTRA FIGURA 10. FOTO DE ÓRGANOS DEL CUERPO HUMA-NO PHOTOS.COM 19105302, CON ILUSTRACIÓNDEÁTOMOSYMO-LÉCULAS,TOMARIDEADEDIAP.2 DEARCHIVOILUSTA.PPT))Pie:La delimitación del campo de estudio deunacienciaresultacadavezmás sutil,dadalanecesidaddeltrabajo interdisciplinarioenlaciencia.
La ciencia hace historia
E
nsusinicios,lafísicasecon- sideróunacienciaqueestudia-ba todo lo relacionado con la Naturaleza, por lo cual se le conocíacomofilosofía natural. Apartirdelsigloxixelobjeto deestudiodelafísicaselimitó alosfenómenosfísicos.Esde-cir,losfenómenosqueafectan sólolaestructuraexternadela materia(volumen,forma,esta-dodeagregación),sincambiar lassustancias.La delimitación del campo de estudio de una ciencia resulta cada vez más sutil, dada la necesidad del trabajo interdisciplinario en la ciencia.
La ciencia física se encuentra en constante cambio. Podemos compa-raralafísicaconungranedificioen construcción.Noesuna“edificación” acabadaylistapararecibirvisitantes conrecorridosguiados.Escomouna obraconhabitacionesenprocesode construcción(teoríasquesetrabajan actualmente),habitacionesconalgunosladrillosodelasquesólohay planos(teoríasmuynuevas)yhabitacionesenlasqueenapariencia sólofaltanlosacabados(teoríascomprobadas). Continuandoconestaanalogía,hayocasionesenquelashabitacio- nesqueparecíanbienacabadasseolvidanosederrumbanporcom-pletoparaconstruirotramáscompletaomásgrandequedécabida a nuevas teorías o descubrimientos. Sin embargo, en este “edificio” llamadofísicaexistealgomuysólidoyfuertequehacambiadomuy poco,nosreferimosasuscimientos.
Elpropósitodeestecursodefísicaesbrindarteunpanoramage-neral;queconozcaslosplanosdel“edificio”ysientascuriosidadpor entrar a algunas habitaciones. Incluso, por qué no, que comiences acuestionartesobretuentornoenparticular,demodoquerecorras cadarecovecodelafísicayconsuerteencuentresla“habitación”que respondaatucuriosidad.
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Intr
oducción al conocimiento de la física
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Forma equipos de trabajo. En la columna izquierda del siguiente recuadro anoten los elementos que hasta ahora se mencionaron para definir la física. Después, en la columna derecha del recuadro, mediante una lluvia de ideas, elaboren una definición de lo que es física para us-tedes, mencionando sus características y su objeto de estudio.
Con la ayuda de su profesor o profesora, intercambien las definiciones de los diferentes equipos, lleguen a una definición grupal y regístrenla en su cuaderno.
Tu definición de física
elementosparasudefinición definiciónpropiadefísica(conclusión)
Al igual que la ciencia en general, la construcción cuerpo del teórico de la física es el resultado del trabajo de muchos estudiosos.
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La ciencia hace historia
De filósofo a científico
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nlaantiguaGrecia,comosabes,ha-bíapensadoresqueseinteresabanen la explicación de su entorno a par-tir de formas no materiales o ideas; en tanto otros pensadores buscaban unaexplicacióndelmundoentérmi-nos físicos. Estos últimos intentaron explicardeformasistemáticaelpor-qué de la Naturaleza, y se les llamó
filósofos.
En el sigloxvi de nuestra era, los estudiosostambiénsepreguntabanlo mismoquelosantiguosgriegos;inclu- soaellos,portenerunprofundointe-résporencontrarrespuestasydedicar suvidaaello,selesconsiderabafiló-sofos. Pero dado que estudiaban in-distintamente fenómenos de física, matemáticas, medicina, biología y al- quimia,esdecir,fenómenosdelaNa-turaleza,selesdenominópormucho tiempofilósofos naturales.
Ladiferenciaentrelosfilósofosde
laantiguaGreciaylosfilósofosnatu-ralesdelsigloxvi fuelaformaderes-ponder las preguntas que se hacían. Losfilósofosnaturalessevalieronde las matemáticas y de experimentos controlados.
Elacervodeconocimientoscrecía, ylosestudiossefueronespecializan-doconbaseenlaclasedefenómeno quetrataban.Entoncessefuerondis-tinguiendo disciplinas de las que se desprendíaungrancúmulodecono-cimientos.
Aestosnuevosinvestigadoresdela Naturaleza se les llamó simplemente
científicos.
En la actualidad, la costumbre de llamar filósofos naturales a los
cien-tíficos se ha perdido. Sin embargo,
algo interesante es que en algunas partes del mundo el título equiva-lente al doctorado se denomina Ph.
Doctor(eninglés),esdecir“filósofo
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nlapágina13,temencionamosalmétodocientíficocomopartede ladefinicióndeciencia.Peroantesdeentrarenmateria,recuerdael relato sobre la construcción del primer aparato deradardurantelaSegundaGuerraMundial.Laoficinadecorreosbritánicateníaunproblema conlaseñaldeltelégrafoycuandolosbombarde-rosalemanesinvadieronalReinoUnido,eloficial Wilkinsllevó a cabo una investigación conrespecto alproblema.Entoncesdeterminó un modelo
mate- máticoparahacerantenas.Despuésplanteólasu-posicióndequemedianteelaparatoquehabíacreadoconayudade losotrosbritánicosobtendríaunaseñalenlapantallaparapoderre-solverelnuevoproblemadelainvasiónalemana. ElprocedimientoquesiguióWilkinssonpasosdelmétodocientífico que,comoseguramenteyasabes,seutilizaparaestudiarcualquierfe-nómenooproblema,oparademostrarcualquiersuposición. Enrealidadtodostenemosunamaneraparticularderesolverpro-blemas o demostrar nuestras suposiciones. Cada vez que enfrentas unproblema,decualquiertipo,tiendesarecurriratusexperiencias pasadasconproblemassimilares.Siyatehabíasenfrentadoalmis-moproblema,bastaconquerecuerdesloquehicisteyorganicestus ideas. Pero si nunca te has enfrentado al problema entonces tienes quehacersuposicionesdelasopcionesdesoluciónconlasquecuen-tas.Encualquieradelosdoscasos,tuformaométodopara resolverelproblemaporloregularnoesconscientenisis-temática. Lautilizacióndeunmétodopararesolverproblemas eslabasedeldesarrollodeconocimientocientífico ysuaplicación. Recordemosquelacienciaengeneralestádeter-minada por su método de trabajo, más que
por su objeto de estudio. Los procesos de trabajocientíficosonesencialmentelosmis-mosparatodaslascienciasdelaNaturaleza. Históricamente, el primer estudioso que siguió pasosdeterminadosparaorganizarsusideasycon- trastarsushipótesiscontralosresultadosdesusex-perimentos cuidadosamente medidos fue el físico
italianoGalileoGalilei(1564-1642).Galileodesarro- llóunaseriedepasoslógicosquesirvieronparava-rioscientíficosmás.
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El método de trabajo en eldesarrollo de la ciencia ha sido determinante para conformar el acervo de conocimientos que ahora sustentan las comodidades de nuestra vida cotidiana.
Los instrumentos de medición han tenido un papel protagónico en el método del trabajo científico.
Método científico
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na hipótesis es un enunciado o conjetura bien fundamentada, cuya verdad o validez no se cuestiona en un primer momento, pero que es sus-ceptible de ser verificada adecuadamente mediante experimentos.Lospasosdelmétodocientíficoseguramenteyatesonfa- miliaresportutrabajoenotroscursosdeciencias.Sóloqui-siéramosenfatizarqueenelestudiodefenómenosfísicosla observaciónylaexperimentacióntambiénsonmuyimpor-tantes.Recordemoslospasosdelmétodocientífico. Observación Probablementeeslaetapamásimportantedelproceso.En estemomentoelcientíficoanalizaelfenómeno,poneaten- ciónaloquepercibe,yaseaconsussentidosoconlaayu-dadeinstrumentosdemedición,yregistralosresultadosde suobservación.Losfenómenosquedanregistradostalcomo sepresentanenlaNaturalezayapartirdelregistrosehace unanálisisparaplantearelproblema. Esposiblequeenestepunto,surjanideaspreconcebidas oprejuiciossobreelfenómeno,loscualesdebendesechar-separaevitarinterpretacionesequivocadas.
Elaboración de una hipótesis
Se trata de formular una conjetura para explicar cómo se produceydesarrollaunfenómeno.Esunasuposiciónpro- visionalqueintentaextraerunaconsecuencia.Enestaeta-pa,esimportantesuponerlasconsecuenciasdeestahipótesisafin dedistinguirsiresultaráciertaono.Porello,estaafirmaciónestásu-jetaacontrastarseconlosresultadosdelosexperimentos. Esnecesarioplantearunapreguntaguiada,quenosayudaaorga-nizarnuestrasideasapartirdelregistroordenadodelosresultados delaobservación,yformularunapreguntaalternativa,quenosayu-daaproponermáspreguntasapartirdelasrespuestasobtenidas.A partirdeestasalternativassurgelaconjeturasobrelaexplicacióndel fenómeno. Experimentación Alllevaracabolosexperimentosquecompruebenlasconsecuencias delahipótesisseganaciertocontrolsobreelobjetodeestudio.Esto significaquepodemosreproducirelfenómeno,aislarloy,enloposi-ble,variarlascircunstanciasqueinfluyenenél.Elcontrolhaceposible unamayorindagaciónsobrelascausasqueproducennuestroobjeto deestudio.
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n cualquiera de los pasos del mé-todo científico es posible encontrar-se con otro fenómeno qué observar ydemostrar.ComoelcasodeTorri-celli, con el barómetro y el caso de Röntgen,conlosrayosX.Averiguaquéfenómenosinvestigaba cadaunoalmomentodeencontrarse conotroobjetodeestudio.Anotatus hallazgos en tu cuaderno; compára-los y enriquécecompára-los con compára-los del resto detugrupo.
Lascircunstanciasqueinfluyenenunfenómenoabarcanlascaracte-rísticasfísicasdelobjetodeestudioylosfactorescomotemperatura, tiempo,presiónyhumedad,entreotros.
La manera de presentar los datos obtenidos en una investigación determina la facilidad para su interpretación y elaboración de explicaciones. Organización Losresultadosobtenidosdelosexperimentosdebenestarorganiza- dos,demodoquesepuedananalizarycompararentresíconfacili-dadparaencontrarrelacionesentreellosqueconfirmenorechacen lashipótesisdetrabajoemitidasinicialmente.Losresultadospueden describirsemediantetablas,gráficasyecuaciones. Elmétodo científicoexperimentalesunaseriedepasoslógicosque garantizanuncaminoefectivoparaadquirir,organizaryaplicarnue-vosconocimientos. Unpuntoimportantedelmétodocientíficoeslaposibilidaddere-petiroreproducirlospasosparaobtenerunresultadodeterminado. Cuandouncientíficodicehaberencontradounsucesonuevoouna relaciónnuevaentrefenómenos,informasobreelresultadoylospa-sosquesiguió,conelfindequeotroscientíficospuedanreproducir susexperimentos.
Un hecho o fenómeno adquiere el carácter de científico si es repetible.
¿Alguna vez has vivido una situación problemática en la que hayas tenido que sentarte a pensar cómo resolverla? En tu cuaderno anota cómo lo analizaste, las suposiciones que hiciste, la manera en que expe-rimentaste con la o las posibles soluciones, y los resultados que obtuviste. Des-pués describe los pasos que seguiste (tu método) para resolver ese problema a modo de que otras personas sepan cómo enfrentar esa situación.
Con la ayuda de tu profesor o profesora, intercambia tu método con el resto del grupo. Sigue los pasos del método que te dieron y comprueba si es posible repe-tirlo obteniendo los mismos resultados.
Finalmente, concluyan por qué cada método puede denominarse científico o no.
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¿El método científico en la vida cotidiana?
Kepler, matemáticas, observaciones y modelos
Comotemencionamosaliniciodeestetema,enmuchasocasiones aplicamoselmétodocientíficosindarnoscuenta.Porejemplo,cuando poralgunarazónseinterrumpeelsuministrodeenergíaeléctrica(ob- servacióndelfenómeno),puedeserporquesefundióelfoco(formu-lacióndelaprimerahipótesis).Revisassihayenergíaenlahabitación enlaqueestás,paradescartarqueseaporunfocofundi-do.Enciendesyapagaselfoco,yverificasquenosehaya aflojado.Tambiénpuedeserqueseteocurraconectaral- gúnotroaparatoelectrónico(experimentaciónparacon-trastarlaprimerahipótesis). Enlahabitaciónnohayenergíaeléctrica(primerahipó-tesisdescartada),entoncesrevisaselrestodetucasa.Tal vezsefundióunfusible(elaboracióndelasegundahipó- tesis).Revisaselfusibleysiesnecesariolocambias(ex-perimentaciónparacontrastarlasegundahipótesis). Apesardehabercambiadoelfusiblenohayenergíatodavía(se-gundahipótesisdescartada).Entoncessalesaversilosvecinostienen energía eléctrica (observación de un problema más general). Todos tusvecinosestánenlamismasituación,entoncesesprobablequeun transformadorquemadosealacausadelfenómeno(tercerahipótesis). Seguramentevariosdetusvecinosreportaronlafaltadeelectricidada lacompañíadeluz(experimentación).
¿Aúnsiguespensandoqueelmétodocientíficoteesdesconocido?
La ciencia hace historia
ParacompletarlaideadeKeplersenecesitabanlos resultadosdelosdatosdeobservaciónexistentes,pues conelloseraposibleestablecerrelacionesentreellos. Kepler obtuvo los resultados de la observación a la muertedeTychoBrae(1546–1601),unastrónomoda- nésqueaportódatosmuyprecisossobrelatrayecto-riadeMarte,deotroscuerposdelSistemaSolaryde aproximadamente700estrellas. Keplersevaliódelmétodocientíficoparaproponer unmodelodelmundo.Lasmatemáticasylosdatosde laobservaciónfueronsuherramientaparadeducirtres famosasleyes. ¿Recuerdascuálessonlasleyes deKepler?Coméntalocontu grupopararefrescarlame-moria. Anota las leyes de Keplerentucuaderno.
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osastrónomosdelossiglosxviyxviicreíanquelas órbitasqueseguíanlosplanetaseranuncírculoperfec-toalrededordelSol.Éstaerasuprimerahipótesisde trabajo.Porestarazón,Martepresentabaalgunospro-blemasparaajustarsuórbitaaesecírculoperfecto. DesdelaTierra,parecíaquecuandoMartesurcabael cieloretrocedíaensutrayectoriaenalgunospuntos;a este fenómeno que observaban le llamaronretrogra-
dación,ynohabíaformadeexplicarloconlosmode-losdelUniversoqueseteníanentonces.
Aprincipiosdelsigloxvii,unastrónomoalemánde nombreJohannesKepler(1571-1630)retomóestepro-blema y pensó que sería sencillo resolverlo con sus conocimientosmatemáticos.Sinembargo,pasaroncasi ochoañosparallegaralaconclusióndequelasórbi-tasquesiguenlosplanetasnosoncírculosperfectos, sinoelipses.
Elmétodocientíficonosproporcionaunamaneraordenadadere-solverproblemas,estudiarfenómenosyorganizarelconocimiento.En algunodelosmomentosdeltrabajocientíficoexistelaposibilidadde encontrarunfenómenonocontempladodesdelahipótesisinicial,es decir,laserendipia.
Es común creer que cuando hay un hallazgo de este tipo no se obtiene mediante el método científico. Sin embargo, se trata de la aparición y reconocimiento de un suceso diferente (algo que no se buscaba)alahipótesisconlaqueseinicióeltrabajo,porlogeneral medianteunasituaciónaccidentalenellaboratorio. TalfueelcasodeWilhelmKonradRöntgen(1845-1923),quientra- bajabaconlosrayoscatódicoscuandolaserendipiapropiciólaobten-cióndelaprimeraradiografía.Élyotroscientíficosfueronafinandoel “accidente”hastaderivarenlasradiografíasqueahoraconoces. La palabra serendipia es un término acuñado originalmente por Horace Walpole en 1754 a partir del cuento popular
Los tres príncipes de Serendipia
(antiguo nombre de Sri Lanka). Este término significa la condición de obtener hallazgos benéficos gracias una situación afortunada o fortuita.
El experimento Michelson-Morley inició con una hipótesis que resultó falsa, pero que condujo a la serendipia de que la velocidad de la luz en el vacío es indepen-diente del observador
El origen de las radiografías que en la actualidad nos ayudan a tener diagnósticos más precisos fue la serendipia.
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Otroejemplohistóricodeserendipiafuelabúsquedadeléter.Losfí-sicosdelsigloxixcreíanqueexistíaunmedioenelquesepropagaban las ondas electromagnéticas (la luz). En 1887, el físico estadouniden-se,peroalemándenacimiento,AlbertAbrahamMichelson(1852-1931) sedioalatareadedetectareléterconuninterferómetrojuntoconel químicoestadounidenseEdgardWilliamsMorley(1838-1923).Suexpe-rimentoterminópordescartarlahipótesisdelaexistenciadelétercomo mediodepropagacióndelaluz,perocondujoalafortunadohallazgode quelavelocidaddelaluzenelvacíoesindependientedelavelocidad delobservador.
Retoma tus hallazgos sobre los experimentos de Röntgen con los ra-yos catódicos (La ciencia hace historia, pág. 19). Consulta la “Cró-nica de casos inesperados” del libro Ortiz, I. y F. García. Química 1, Santillana, México, 2006 (Bachillerato). Investiga en qué consistió el famoso ex-perimento Michelson-Morley y registra tus hallazgos en tu cuaderno.
¿Qué condiciones consideras que deben darse para que ocurra la serendipia o hallazgo afortunado? ¿Por qué?
Compara tu respuesta con la del resto de tu grupo y enumeren las característi-cas de la serendipia. Lamenteanalíticaycuriosadeloscientíficos,consentidodebús- quedayperspicaciaalobservaryreflexionarsobreelentorno,haper-mitidoidentificarlosnuevosfenómenosquesurgieronaltrabajarcon otrashipótesis.Alestudiaresosnuevosfenómenoshanresultado,ge-neralmente,enalgúnbeneficiooavanceparalaciencia.Apesarde quelosdescubrimientosseobtuvieronsinquefueranpartedelpro- blemanilahipótesisoriginales,losresultadosdelaserendipiatam-biénestánsujetosasercomprobadosutilizandoelmétodocientífico. Podemosconcluirqueelmétodocientíficoseutilizaparaobtener nuevosconocimientoscientíficosyverificarqueunhechotengaelca-rácterdecientífico.
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Relación de la física con otras ciencias
Probablemente recordarás de tu curso de química que las ciencias
mantienenunaestrecharelaciónentresíytambiénquelascien-ciasseclasificansegúnsuobjetodeestudioenciencias naturalesycienciassociales.
La física, una de las ciencias naturales, guarda
unaestrecharelaciónconlaquímica,labiolo-gíaylageología,entreotrascienciasnaturales más.Yesposibleafirmarquealgunasdeestas ciencias tienen sus bases en la física debido aqueestudialomásbásicodelaNaturaleza comoeltiempo,lamateria,laenergíaylaluz. Elconocimientofísicopuedeextenderseacien-ciasquetienenobjetosdeestudiomáscomplejos como la meteorología, que se encarga de explicar las causas del tiempo o la geología, que investiga en formadetalladaanuestroplanetaTierra. Tomemoscomoejemploeltemadelhablahumana.Desdeelpunto devistadelabiología,setrataríalaevoluciónparaindagarsobreel desarrollodenuestraespeciehastalacomunicaciónmedianteelha- bla.Desdelaperspectivadelafísica,setrataríaelpropiosonido,qui-zámásfundamentalquelaselecciónnaturalencuantoalaemisión delsonido,laformadelaparatofonoarticuladorysufuncionamien-to(acústica).Porlogeneral,lacomprensióndealgúnhechonatural desdeelenfoquedelafísicaconducealamejorcomprensióndela cienciaengeneral. Sinembargo,losfenómenosnaturalesdebenanalizarsedesdevarios enfoquesparaobtenermásdatossobreellos:lasfuerzasqueinciden enél,sucomposiciónquímica,surelaciónconnosotros,superiodi-cidadysuintensidad,entreotroselementos.Tambiénparacontrastar unahipótesisoformularunexperimen-to, es necesaria la perspectiva de
diversasciencias.Elestudiodela
Naturalezaimplicalaconvergen-ciadelascienciasnaturales,por loquelacomprensióndelosfe-nómenos que ocurren no sería
completasinoserealizadesde variosenfoques.Lascienciasno estánaisladas,guardanunagran relaciónentresí. El estudio de los fenómenos naturales implica la intervención de varias ciencias, donde el límite entre una y otra es cada vez más sutil para conformar una explicación completa del fenómeno. Las aplicaciones del
cuerpo de conocimientos de la física han generado buena parte de los avances tecnológicos.
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Física, tecnología y sociedad
Sibienlafísicanospermitecontestarpreguntas,resolverproblemas, estudiarfenómenosfísicos,comprendiendolodesconocido,elanálisis cuidadosodetodoloquenosrodeanosbrindalaposibilidaddeha-cernosnuevaspreguntasdesdeotrasperspectivas.
Integra un equipo de tres participantes. Realicen una investigación de campo en la que identifiquen tres instituciones u organismos de su comunidad donde trabajen físicos.
Elaboren un informe detallado del trabajo que realizan los físicos en dichas ins-tituciones.
Intercambien con el resto del grupo las actividades que realizan los físicos y enumeren todas las que se encontraron. ¿Te resultó interesante alguna de estas actividades?
Alrededordelsigloxvii,eldescubrimientodelasmatemáticascomo mediodeanálisisydescripcióndelaNaturalezafueunodelossuce-sosquepropicióquelacienciahicierasusmayoresprogresos. Lasmatemáticastrabajanconoperacionesyrelacioneslógicas,canti-dades,números,medidas,ángulos,estadística,probabilidadymuchos otrosconceptos.Enlascienciasnaturales,comolafísica,seutilizan estasnocionesmatemáticasparaproponermodelosdelmundo.Cuan-doseorganizanlosresultadosdeunainvestigaciónparaverificarlosy encontrar las relaciones que existen entre ellos, la experimentación y lacomprobacióndehipótesissefacilita.Engeneral,losmodelosló-gicosquesurgendelanálisismatemáticosirvenparapronosticarlos comportamientosonormasquerigenalosfenómenosnaturales.Por tanto,laestrecharelaciónentrelafísicaylasmatemáticasresultatan exitosacomonecesaria.Lasideasdelacienciaexpresadasenellen-guaje matemático dejan fuera todo tipo de ambigüedad, que con el lenguajecotidianosueledarse. Estacaracterísticadeprecisióndellenguajematemáticotambiénse utilizaenelanálisisestadísticodelascienciassociales:lasgráficasso-bredistribuciónderiqueza,esperanzadevida,índicesdeescolaridad ydenutrición,entreotras.Laeconomíasevaletambiéndelanálisis estadísticoydelaprobabilidadparapronosticaraltasobajasenlas bolsasdevalores,ycalcularpérdidasyganancias,porejemplo. Laestrecharelaciónentrelafísicaylasdemáscienciasque estudian la Naturaleza ha traído consigo la creación de nuevas disciplinas, en las que mezclan diferentes enfo-ques para observar un fenómeno natural. A esta com-binacióndediferentescienciasparagenerarotrassele llamainterdisciplina.Ejemplosdeellosonlaastrofísica, labiofísicaolageofísica,enlasquesehancombinado exitosamentedosramasdiferentesdeconocimiento.
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La relación entre las ciencias naturales ha propiciado el surgimiento de otras disciplinas. ¿Cuál es el objeto de la astrofísica, la biofísica, la geofísica y las ciencias biomédicas?
La ciencia hace historia
El mundo como un reloj
Entre las aportaciones de Isaac Newton están los cimientos del cálculo matemático, el teorema del binomio, la óptica y la ley de la gravitación universal.
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oducción al conocimiento de la física
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lprimergranimpactodelafísicaen otrascienciasfueelsurgimientodela física o mecánica newtoniana. Isaac Newton(1642-1727)fueungrancien-tífico inglés cuyo mayor logro fue la explicación del movimiento a partir delastresleyesdelamecánica,ycon base en ellas la deducción de la ley delagravitaciónuniversal.Laleyendacuentaque,apartirdela caídadeunamanzana,imaginóquela mismafuerzaquehizocaeralaman-zanahacíaquelaLunapermaneciera en continuo movimiento orbital alre-dedor de nuestro planeta. Esta teo-ría explicaba otros fenómenos; entre ellos,calculabaconexactitudlaórbi- taquedescribenloscometasyelmo-mentoenqueocurriríauneclipse.
Newton utilizó la teoría del movi-miento (mecánica) que se aplicaba a nuestraTierraparaexplicarelmundo delespacioexterior.Aparentementeel Universoobedecíasustresleyesdela
Algunos avances tecnológicos han modificado de tal modo nuestros hábitos de vida que son los que marcan el fin o el inicio de un periodo o época histórica.
Tecnología y sociedad
Elserhumanohageneradotodouncuerpodesaberescientíficosapartir desunecesidaddeentenderelcomportamientodesuentorno.Sibien enlasprimerasetapasdedesarrollodelaciencialoscuestionamientos sobrelaNaturalezaquedabanresueltosatravésdelaexperienciaqueel hombreprimitivoibaadquiriendo,conelrazonamientocientíficosurgió unaexplicaciónmásprecisadelosfenómenosnaturales. Lossentidossonlosprincipalesmediosdeobservación.Sinem-bargo, ha sido necesario desarrollar métodos, técnicas einstrumentosdeinvestigaciónparatrascenderlaslimi-taciones de los sentidos y aproximarse con mayor
precisiónalosobjetosdeestudio.
La física, al responder preguntas, establecer relaciones y teorías, principios o leyes, con base en el método científico, es la ciencia naturalquemáshaincididoeneldesarrollo deinstrumentosyequipodeinvestigación. mecánica,demodoquehizopensara muchosqueel“edificio”queconstitu-yelafísicahabíaquedadoterminado. Su éxito fue incuestionable e ins-piró a muchos científicos a tratar de aplicar esta teoría a otras esferas del conocimiento.
Setratódemecanizartodo.Labio- logíaylamedicinaporejemplo,adop-taronestaformadepensamientoyse comenzóaveralosseresvivoscomo máquinas. Se clasificó a los seres vi-vos,sedioimportanciaalaformadel órgano y a su función. Esto implicó un gran avance en la forma de estu-diar a los seres vivos. Por otro lado, se contempló a las enfermedades comocausadeunmalfuncionamien-toenelmecanismointerior,debidoa desajustes en la maquinaria; así que para aliviarlas sólo había que ajustar poraquíyporallá.
Engeneral,secreíaqueelmundoen-trañabaungranmecanismodereloj.
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l concepto de mundo ha cambiado con el paso del tiempo. Uno de los factores más determinantesdeestaevolucióneslatec-nología: desde el primer artefacto que el ser humano desarrolló valiéndose de los materiales de su entorno (vidrio, papiro, madera,metales,fuego),pasandoporelenor- meimpactodelamáquinadevaporylaimpren-ta,hastaelaceleradoavancedelsigloxxconobjetos tecnológicoscomoelplástico,labombillaeléctrica,el automóvil,lasaeronaves,eltransistor,lacomputadora ylasredesinformáticas.[...] con la reforma protestante del siglo xvi la Iglesia Católica entra en crisis y, a partir de ese momento, se produce el derrumbe de la cosmovisión medieval, derrumbe que se extiende a lo largo de varios siglos y en etapas sucesivas. Se trata de un momento sin-gular de la historia. En pocas décadas se concentran los cambios epistemológicos, junto con los grandes avances tecnológicos, los comienzos del capitalis-mo y la expansión del poderío de Europa sobre gran parte del resto de la Tierra,... [Tomás Buch, 2004]
Antes que la tecnología misma, el desarrollo de los avances científicos ha afectado la manera en que el ser humano concibe al mundo. Los descubrimientos
geográficostrajeronconsigoungrancambioenlano-A su vez, esas herramientas han impulsado más descubrimientos y avancescientíficosparaconformarnuevosconocimientosenlafísica ydemásdisciplinas.
Cuandoseconformaunconocimientofísicosobreunfenómenona-tural en particular (ciencia básica), comienzan a surgir especialistas sobreeseconocimiento.Entonces,latecnologíasevalededichoco-nocimientopararesolverproblemasprácticosodeinteréssocial.Por ello,latecnologíatambiénseconocecomocienciaaplicada.
Deestamanera,sincienciabásicaesimposibleeldesarrollodetec-nología, y sin tecnología difícilmente existiría la ciencia básica. Así comolafísicacontribuyedemaneradecisivaaldesarrollotecnológi-co,latecnologíaincideenlafísica.
Ejemplos de ello son las poderosas herramientas de investigación científicacomoeltelescopio,elespectroscopio,elmicroscopioylos instrumentosdemediciónengeneral.
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El estudio de la ciencia básica permite la creaciónde tecnología. ¿Consideras que el desarrollo de tecnología propia en México depende de que los mexicanos estudiemos ciencias básicas?
ción de espacio. La astronomía de Copérnico, Kepler yGalileo,consumodeloheliocéntricodelUniverso,y Newtonconsuleydegravitaciónuniversal,describie-ron un mundo con leyes propias. La evolución de la geología mostró una idea distinta de tiempo en rela-ción con la edad de nuestro mundo. La biología res-tó cierta importancia al ser humano con la teoría de la evolución de las especies y el hallazgo de que en últimainstanciatodoservivoesmateriayserigepor leyes químicas. La física propuso la teoría relativista sobreelcomportamientodelamateria,elespacioyel tiempo que sumergió a la humanidad en la vastedad deunUniversoquedabalasensacióndeestarperdida enlaNada.Conlallegadadelatecnologíaelintento delserhumanoparadominarlaNaturalezacomienza acristalizarse.Entonces,elentornoadquiereuncarác-terutilitarioqueterminaporponerenriesgoalplaneta Tierrayrevertirsecontralamismanaturalezahumana.
La tecnología se define como el cuerpo de teorías y técnicas que permiten el aprovechamiento práctico del saber científico mediante el desarrollo de equipos, instrumentos, aparatos, inventos y objetos en general, llamados objetos tecnológicos.
Losfísicosnoestánaisladosdelasociedadnipueden“haceroídos sordos”alasexigenciasdesutiempo.Eltrabajodeunfísicoreflejala formaciónmismaqueharecibido,suinteracciónconotroscientíficos, losproblemasointeresessociales,losrecursosdisponiblesparasuin-vestigación,einclusolascorrientesfilosóficasenboga. Latecnologíarespondealasdemandasdelasociedadydealgún modoesasdemandassocialesrepercutenasuvezeneldesarrollode laciencia.
Afinalesdelsigloxix,laRevoluciónIndustrialmarcócambiosmuy importantesenlatransformacióndelasociedadyelimpactosobreel medioambiente.Quizálomássignificativofuequelaindustriadejó deserartesanalysemecanizó.Comoconsecuenciasurgieronnuevas profesiones y los medios de transportes comenzaron a ser más efi-cientes.Estoscambiosfacilitaronlaconcentracióndelapoblaciónen ciudades. Duranteelsigloxx ,losavancestecnológicosocurrieroncontalra-pidezquenohasidoposibleanalizarelimpactosocial,económicoy ambientaldecadainvento. Eneldesarrolloolaaparicióndeunobjetotecnológicoinfluyenlos conocimientoscientíficos,lainfraestructura,lafuentedeenergíaylas condicionessocialesyeconómicas. Porotrolado,elimpactoambientaldeldesarro-llo tecnológico se ve reflejado en problemas di-versos,comolalluviaácida,lacontaminacióndel agua,elefectoinvernaderoylaextincióndeva-riasespeciesanimalesyvegetales,entreotros. Esnecesarioconocerlosriesgosybeneficiosde losobjetostecnológicosconbaseentodoloan- terior.Delocontrariotendríamosqueelegiren-treconservarlacalidaddevidaquelatecnología brindayconservarnuestromedioambiente.¿Po-dríasprescindirdealgúnobjetotecnológicoque yaespartedetuvidadiaria?
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Introducción al conocimiento de la física
En México, por ejemplo, el dine-ro destinado a la investigación científica básica se obtiene de los impuestos ciuda-danos. Las líneas de investigación deben brindar beneficios a todos los mexicanos en los diferentes aspectos de su vida coti-diana, como la salud, las comunicaciones, los servicios, los transportes y la educa-ción, entre otros.
Además de la oportunidad de conocer mejor el mundo que nos rodea, el desarro-llo y el estudio de la ciencia básica abre la posibilidad de crear nuestra propia tecnolo-gía y tener mayor participación en la toma de decisiones que afectan nuestro entorno. Sin embargo, también implica asumir mu-chas más responsabilidades. Por ejemplo, al utilizar energía nuclear se requiere desa-rrollar métodos para el manejo de desechos o basura radiactiva, anticipar y controlar las consecuencias de su uso, y contar con per-sonas capacitadas para operar una planta de energía nuclear.
El impacto de los avances tecnológicos debe analizarse tanto desde la perspectiva del especialista que aplica los conocimientos científicos y desarrolla objetos tecnológicos, como desde el punto de vista del usuario, quien por lo general no comprende su funcionamiento pero los utiliza diariamente.
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En la primera columna del siguiente cuadro, haz una lista de cinco objetos tecnológicos que hacen máscómoda tu vida diaria.
En la siguiente columna, marca con una X los objetos tecnológicos cuyo funcionamiento conoces. Anota los beneficios y los riesgos que cada objeto trae consigo.
objetotecnológico funcionamiento beneficios riesgos
Si fuese necesario prescindir de alguno de ellos, ¿cuál elegirías? ¿Por qué?
En un párrafo explica la relación entre los objetos tecnológicos que son parte de tu vida diaria y la física.
Integra un equipo de trabajo con tres compañeros o compañeras de tu grupo. Identifiquen un problema ambiental o social generado por el uso de algún objeto tecnológico en la colonia, municipio, delegación o entidad donde se encuentra ubicada su escuela.
Averigüen el funcionamiento del objeto tecnológico en cuestión mediante una investigación documental. Identifiquen y analicen los beneficios de dicho objeto a la comunidad. Después, enumeren y analicen los riesgos.
Con base en los hallazgos sobre el funcionamiento del objeto, verifiquen si hay algo en la operación o uso del objeto tecnológico que pueda modificarse y elaboren una propuesta de solución al problema, de modo que se conserven los beneficios del objeto tecnológico.
Escriban un informe de su trabajo para presentarlo al resto del grupo. Con la ayuda de su profesora o profesor valoren los riesgos y beneficios de cada caso para enriquecer las propuestas de solución.
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oducción al conocimiento de la física
Resumen
En esta unidad
•
descubriste los beneficios que la física y el método científico aportan a tu vida cotidiana; y•
reconociste la importancia de la relación de la física con otras ciencias para el desarrollo de tecnología, así como sus efectos sobre la vida humana.1. Define los siguientes conceptos. Física
Ciencia
Método científico
Hipótesis
Tecnología
2. Describe cada paso del método científico. Observación
Hipótesis
Experimentación
Organización
3. Describe el papel del método científico en tu vida cotidiana.
4. Explica la relación entre las ciencias naturales y el origen de nuevas disciplinas.
5. Explica la diferencia entre la ciencia y la tecnolo-gía.
