La actividad científica 1.Magnitudes físicasMagnitudes físicas 2.Instrumentos de medidaInstrumentos de medida 3.Sistema de unidadesSistema de unidades.

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1 La actividad científica 1.Magnitudes físicasMagnitudes físicas 2.Instrumentos de medidaInstrumentos de medida 3.Sistema de unidadesSistema de unidades 4.Ecuación de dimensiónEcuación de dimensión 5.Notación científica y factores de conversiónNotación científica y factores de conversión 6.Representaciones gráficasRepresentaciones gráficas 7.Error e incertidumbre en la medidaError e incertidumbre en la medida 8.Cifras significativasCifras significativas 9.La construcción de la cienciaLa construcción de la ciencia 1 Índice del libro

2 La actividad científica Presentación 1 La actividad científica es inherente a la naturaleza humana en su afán por conocer, comprender, explicar y controlar el mundo que le rodea, y para ello lo primero que ha necesitado es medir. Desde siempre la humanidad ha necesitado conocer la distancia entre los pueblos, la altura de un árbol o la edad de las personas. El comercio entre las ciudades precisó de la representación, mediante objetos, de las unidades de longitud, volumen y masa. A la entrada de las ciudades, existía una piedra en la que se delimitaba, entre dos marcas, la unidad de longitud al uso. En caso de disputas, un juez de pesas y medidas intervenía en las medidas. Esta persona custodiaba los objetos que representaban las unidades utilizadas. Hoy este problema no existe debido a la creciente generalización y uso de un sistema internacional de unidades. En esta primera unidad se abordará algo tan importante en las Ciencias Experimentales, entre ellas la Química y la Física, como es el tratamiento de los datos obtenidos de forma experimental, profundizando en el análisis de los errores y las incertidumbres que acompañan a toda medida y el uso adecuado de la notación científica y el uso de los factores de conversión entre unidades equivalentes de una misma magnitud física.

3 La actividad científica 1. Magnitudes físicas 1 Las magnitudes físicas se pueden clasificar atendiendo a varios criterios. Así: a) En función de la cantidad de materia que tiene un sistema, las magnitudes físicas pueden ser: extensivas e intensivas. Las magnitudes extensivas dependen de la cantidad de materia del sistema, como por ejemplo: el volumen y la masa. Las magnitudes intensivas no dependen de la cantidad de materia del sistema, como por ejemplo: la temperatura y la densidad. b) Según los atributos necesarios para su descripción, las magnitudes físicas se clasifican en: escalares y vectoriales.

4 La actividad científica 2. Instrumentos de medida 1 Las magnitudes físicas se miden de forma directa o indirecta. La medida es directa si el resultado de la comparación de la magnitud medida con la unidad elegida es inmediato. Tal es el caso de la medida del volumen de un líquido con una probeta. La medida es indirecta cuando es consecuencia de la aplicación de una expresión algebraica en la que intervienen otras magnitudes. Por ejemplo, para hallar la superficie de un folio, se mide su largo y su ancho y luego se multiplican ambas medidas para obtener su superficie. Un dinamómetro analógico indica el valor de una fuerza mediante la medida de la longitud que se ha estirado un muelle. La aplicación de la ley de Hooke permite calibrar el instrumento, de forma que indique el valor de la fuerza medida en la escala de longitud. Por tanto, este instrumento de medida analógico indica el valor de la magnitud medida (la fuerza) en una escala de una forma indirecta.

5 La actividad científica 2. Instrumentos de medida 1 Características de los instrumentos de medida:

6 La actividad científica 3. Sistema de unidades 1 División de las magnitudes físicas Magnitudes fundamentales son las que se escogen arbitrariamente como tales y que no se definen en función de ninguna otra magnitud física. Las magnitudes derivadas se definen mediante una relación operativa entre dos o más magnitudes fundamentales. Una unidad de medida es una magnitud que se elige como patrón de forma arbitraria Una unidad debe cumplir los requisitos: - Tener siempre el mismo valor: su valor no puede depender de la persona que la utilice, ni del tiempo transcurrido, ni de las condiciones de trabajo. - Ser universal, o lo que es lo mismo, debe ser fácilmente reproducible y utilizable en cualquier lugar del mundo.

7 La actividad científica 3. Sistema de unidades 1 Sistema internacional de unidades, SI

8 La actividad científica 4. Ecuación de dimensión 1 Ecuación de dimensión es una expresión matemática que relaciona las magnitudes derivadas con las fundamentales. El análisis dimensional de una ecuación matemática de una expresión física o química es muy útil a la hora de comprobar ecuaciones deducidas, pues estas deben ser homogéneas; es decir, los dos miembros de la ecuación matemática deben tener las mismas dimensiones.

9 La actividad científica 5. Notación científica y factores de conversión 1 La notación exponencial o científica consiste en escribir las cantidades en forma de potencia de 10. Por ejemplo, si la distancia de la Tierra al Sol es de 150 000 000 000 m, se puede escribir como 1,5 · 10 11 m. La conversión entre distintas unidades se realiza utilizando los factores de conversión. Un factor de conversión es la relación entre dos cantidades iguales expresadas en unidades diferentes.

10 La actividad científica 6. Representaciones gráficas 1

11 1 Línea de ajuste de una gráfica Línea de ajuste es la línea que muestra la tendencia general de la distribución de puntos de una gráfica. Puede se una línea recta o una curva. La línea de ajuste no se obtiene uniendo todos los puntos dibujados para obtener así una línea quebrada. Hay que tener en cuenta que cada punto es el resultado de una medida experimental y puede tener un cierto grado de error. La línea de ajuste debe pasar por el mayor número posible de puntos y se debe procurar que las distancias desde los puntos que caen fuera de la línea de ajuste hasta la propia línea estén compensadas a ambos lados de la línea.

12 La actividad científica 6. Representaciones gráficas 1 La escala de una representación grafica no tiene por que ser la misma en los dos ejes. Muchas veces conviene que sea distinta con el fin de destacar alguna parte de una grafica. Se recomienda que la división mas pequeña de la grafica coincida con la unidad mas pequeña que detecte el instrumento de medida utilizado. Si con esta norma la grafica es oscura, muy grande o pequeña, no se debe tener en cuenta. El origen de las escalas no necesariamente debe coincidir con el punto de intersección de los ejes (0,0). Muchas veces se consigue mas claridad desplazando alguna de las escalas, en este caso se realiza un corte de ejes para indicar el desplazamiento. Si las divisiones de la cuadricula de la grafica coinciden con números sencillos fáciles de operar, tales como: 1, 2, 3, etc. o potencias de diez, se facilita la realización de operaciones Matematicas.

13 La actividad científica 7. Error e incertidumbre en la medida 1 a)Errores debidos al instrumento de medida utilizado, porque tiene algún defecto de fabricación o porque puede verse afectado por un cambio de las condiciones ambientales de la medida. Por ejemplo, un fuerte viento puede afectar la medida de algunos aparatos expuestos a la intemperie o una situación de alta temperatura puede provocar una ligera dilatación de algún engranaje fundamental del instrumento de medida. b)Uso incorrecto del instrumento por la persona que realice la medida, ya sea porque esté enferma, tenga dificultades de visión o porque incluso haga mal las operaciones matemáticas. Otras veces el error puede deberse a la utilización de una mala técnica de medida. Distinción entre error e incertidumbre: Siempre que se conozca el valor verdadero de una medida se puede utilizar el término error de la medida, pero lo normal es que no se pueda conocer con certeza dicho valor, en cuyo caso se sustituye el concepto error por el de incertidumbre en la medida.

14 La actividad científica 7. Error e incertidumbre en la medida 1 Cálculo de la incertidumbre realizando una única medida Si se realiza una única medida, la cantidad leída se expresa con una incertidumbre absoluta Ea, que es igual a la sensibilidad del instrumento de medida utilizado. Valor verdadero e incertidumbre absoluta

15 La actividad científica 7. Error e incertidumbre en la medida 1 Incertidumbre absoluta La incertidumbre absoluta, Ea, es igual al valor de la mayor de las dos cantidades siguientes: sensibilidad del instrumento y la desviación estándar. Incertidumbre relativa

16 La actividad científica 8. Cifras significativas 1 Las cifras significativas son el número de dígitos o cifras que se obtienen al realizar una medida con un instrumento. Reglas para considerar cifras significativas Toda cifra distinta de cero es significativa. Todo cero situado entre dos cifras significativas es significativo. No son significativos todos los ceros situados a la izquierda del primer dígito significativo no nulo. Cualquier cero final o la derecha de una coma decimal es significativo, si la sensibilidad del instrumento de medida así lo indica. En las operaciones algebraicas hay que respetar las reglas siguientes respecto a las cifras significativas del resultado: En una suma o en una resta se deben alinear los decimales de las cantidades y expresar el resultado con tantas cifras como se tenga en el número con menos cifras significativas después de la coma decimal, pues el resultado no puede tener una mayor precisión que la de cualquiera de los datos que intervienen. En un producto o en un cociente el resultado se debe expresar con el número de cifras significativas que tenga el operando con menor número de cifras significativas.

17 La actividad científica 8. Cifras significativas 1 Redondeo Redondear un resultado significa eliminar las cifras que van más allá de la precisión con la que se debe dar un resultado numérico. Así, la suma de 8,4 m más 6,325 m es igual a 14,7 m. Para redondear un resultado hay que tener en cuenta las siguientes normas: - Si el dígito a eliminar es menor que 5, el último dígito que se conserva no cambia de valor. Así, el número 3,84 se redondea a décimas escribiendo 3,8. - Si el dígito que se elimina es 5 o mayor que 5, el último dígito que se conserva se aumenta en 1. Así, el número 9,851 redondeado a décimas es 9,9. - Si se escribe las cantidades en notación científica se consigue que el número de cifras significativas de una medida no dependa de las unidades elegidas.

18 La actividad científica 9. La construcción de la ciencia 1 Tabla de valores Gráficas Hipótesis confirmada Ley Teoría científica Modelo

19 La actividad científica 9. La construcción de la ciencia 1 Se llama método científico el método que guía a los científicos para hacer descubrimientos científicos. Los pasos esenciales del método científico son los siguientes: 1º. Detectar la existencia de un problema, como el estudio de la relación de la presión y el volumen de un gas, reuniendo todos los datos que inciden en el mismo. 2º. Elaborar una generalización provisional que describa todos los datos, de la manera más simple, con el establecimiento de una hipótesis. 3º. Establecer con la hipótesis experimentos para su confrontación. 4º. Contrastar la hipótesis confrontándola con los datos y experimentos realizados. 5º. Si la confrontación no es satisfactoria, es necesaria la corrección de la hipótesis, del procedimiento empleado o de los datos utilizados en la obtención de la solución incorrecta. 6º. Si el resultado es positivo, termina la investigación. Se acepta la hipótesis y entra dentro del marco de una ley o teoría. Este punto final suele ser el comienzo de otro ciclo de investigación.

20 La actividad científica 9. La construcción de la ciencia 1 Al establecimiento de una ley científica se llega por inducción. Así, si hemos comprobado en diez experimentos diferentes que una barra de hierro se dilata al calentarla, podremos afirmar que el hierro caliente se dilata. Pero una vez establecida la ley, debe cumplir otro requisito, que es la deducción. Así, en el caso de la dilatación de los metales, la ley que expresa dicho fenómeno debe servir para predecir que, si queremos construir un tendido de raíles de ferrocarril, se debe dejar un hueco entre raíl y raíl que prevea la dilatación del metal de los raíles en los meses de verano, si deseamos que un tren circule sin sufrir accidente alguno. Cualquier conocimiento empírico se basa en observaciones, que se hacen de dos modos diferentes: a) Manteniéndose el observador pasivamente, como en el caso de mirar las estrellas. b) O bien, realizando una experiencia. Es decir, asumiendo un papel activo, que consiste en crear las situaciones en lugar de esperar a que la naturaleza nos las ofrezca, por ejemplo, realizar una reacción química en un laboratorio.