Metodología Científica Unidad 0 Metodología Científica Luis Manuel Arnaiz. Departamento de Ciencias. larnaiz@granadacollege.es

Metodología científica ¿Qué vamos a estudiar en esta unidad? 1.- Conocimiento científico 2.- Cambios físicos y químicos 3.- Magnitudes físicas. Unidades y medida 4.- El lenguaje de la ciencia 6.- Ciencia tecnología y sociedad

Antes de empezar: La ciencia pretende explicar el mundo en el que vivimos La física y la química estudian los cambios que experimenta la materia En física y en química se realizan medidas de algunas propiedades que intervienen en los fenómenos físicos y químicos. Las que se pueden medir de forma objetiva se llaman magnitudes físicas. Cuando se trabaja en grupo, se ha de llegar a un acuerdo sobre las unidades a utilizar. Por convenio, se utiliza el Sistema Internacional de Unidades. La ciencia y la tecnología están muy relacionadas, e influyen en nuestro modo de vida.

Pensemos en grupo: ¿Por qué los objetos caen hacia el suelo? ¿Por qué el hierro se oxida? ¿Por qué el hielo se derrite y el agua se evapora? Explica la causa de la sucesión de las estaciones ¿Qué significa que algo está “científicamente demostrado”? ¿Qué significa que las magnitudes físicas se pueden medir “de forma objetiva”?

1.- CONOCIMIENTO CIENTÍFICO Surge de la necesidad de dar respuesta a un problema basado en hechos, o fenómenos, a los que se quiere dar explicación. La respuesta, ha de llegar de modo que se asegure que las conclusiones obtenidas sean acordes con la realidad. Si no es así, no sería conocimiento científico El conocimiento científico es aquel que surge de estudiar los fenómenos utilizando un método científico.

1.- CONOCIMIENTO CIENTÍFICO El conocimiento científico tiene las siguientes características: Es una construcción del ser humano que se debe a la contribución de muchas personas a lo largo de la historia Se desarrolla mediante rigurosos métodos de trabajo, englobados en el método científico. Se basa en pruebas; nunca se puede basar en creencias, intuiciones o suposiciones Debe ser acorde con la realidad, y se ha de poder comprobar las veces que se necesite

EL MÉTODO CIENTÍFICO Identificación de un problema Posible respuesta (hipótesis) No se cumple Comprobación con la realidad Se cumple Se obtiene conocimiento científico

Pseudociencias En ocasiones se nos muestra algo como conocimiento científico, sin serlo. Hablamos en estos casos de pseudociencia (falsa ciencia). Un ejemplo es la astrología, que no tiene base científica, ni poder de predicción.

2.- CAMBIOS FÍSICOS Y CAMBIOS QUÍMICOS La física y la química son disciplinas científicas cuyo propósito es explicar el mundo en el que vivimos; como en él todo cambia, su principal objetivo es explicar estos cambios. Ambas centran su estudio en porciones de materia que reciben el nombre de sistemas materiales; si presentan límites definidos, se habla de cuerpos. Por ejemplo, la atmósfera es un sistema material, pues no tiene límites definidos, y un trozo de hierro, o tu lápiz, son cuerpos, pues si los tienen. Los sistemas materiales pueden ser tan pequeños que para verlos se necesitan microscopios, o tan grandes como todo el universo. En cualquier caso pueden sufrir dos tipos de cambios.

2.- CAMBIOS FÍSICOS Y CAMBIOS QUÍMICOS Si aumentamos la temperatura de un trozo de hierro hasta que se funde, seguimos teniendo hierro, al principio en estado sólido y, después en estado líquido. Lo mismo ocurre cuando un cubito de hielo se funde. Los cambios físicos son aquellos en los que después de que se produzca el cambio se tienen las mismas sustancias.

2.- CAMBIOS FÍSICOS Y CAMBIOS QUÍMICOS Si dejamos el trozo de hierro a la intemperie, termine oxidándose, y la sustancia final es distinta de la inicial. Los cambios químicos son aquellos en los que después del cambio se tienen sustancias diferentes a las iniciales. Normalmente, los cambios químicos van acompañados de un cambio físico, que nos permite reconocerlos. Por ejemplo, la emisión de un gas, el cambio de color, la aparición de burbujas, etc.

2.- CAMBIOS FÍSICOS Y CAMBIOS QUÍMICOS CAMBIOS FÍSICOS Y CAMBIOS QUÍMICOS: ejemplos El hierro se funde cuando alcanza una temperatura de unos 1540 ºC. Cuando esto ocurre, no se forma una nueva sustancia, sino que dicha sustancia cambia de estado. Se habla, en estos casos, de cambios físicos.

2.- CAMBIOS FÍSICOS Y CAMBIOS QUÍMICOS CAMBIOS FÍSICOS Y CAMBIOS QUÍMICOS: ejemplos Sin embargo, cuando el hierro se oxida si se forma una nueva sustancia, el óxido de hierro, con propiedades muy distintas de las del hierro. Por ejemplo, al contrario que el hierro, el óxido de hierro no es buen conductor de la corriente eléctrica. En estos casos, en los que las sustancias finales son distintas de las iniciales, se habla de cambios químicos.

3.- MAGNITUDES FÍSICAS.UNIDADES Y MEDIDA 3.1 Magnitud física Magnitud física es toda propiedad de los fenómenos que se puede medir de forma objetiva. Si alguien nos dice que tardará 10 minutos en llegar, podemos cronometrar ese tiempo, y da igual quién lo haga siempre que se utilice adecuadamente. El tiempo, al igual que la masa y la longitud, entre otras, es una magnitud física, pues se puede medir de forma objetiva. Sin embargo, cuando hablamos de justicia, amor, o belleza, ya no estamos en el ámbito de las magnitudes físicas. ¿Cómo mediríamos, por ejemplo, la belleza de un objeto? ¿Estaríamos todos de acuerdo?

3.- MAGNITUDES FÍSICAS.UNIDADES Y MEDIDA En general, una magnitud física se puede expresar en distintas unidades Unidad de una magnitud física es una cantidad de ella que se utiliza para medir esa magnitud Una vez decidida la unidad, se puede proceder a medir la magnitud. Medir consiste en comparar la magnitud que se mide con la unidad. Así cuando decimos que algo mide dos metros, esto significa que la unidad elegida (el metro) cabe dos veces en la longitud que se mide.

EXPRESIÓN DE VALORES DE MAGNITUDES FÍSICAS Un número sin unidad no tiene sentido físico. En física y química todo valor debe acompañarse de la unidad. Imagina que alguien te dice que tardará 7 en llegar. Seguramente le preguntarías: ¿7 qué? ¿Minutos, horas, días? Cada unidad se representa por un símbolo, formado por una o más letras. Los símbolos de las unidades se escriben con minúscula, salvo que se deriven de un nombre propio, en cuyo caso la primera letra se escribe con mayúscula. A los símbolos nunca se les añade la letra “s” del plural. Por ejemplo : veinte gramos se escribe 20 g, y no 20 gs.

3.- MAGNITUDES FÍSICAS.UNIDADES Y MEDIDA 3.3 Magnitud fundamentales y derivadas. Sistema Internacional de Unidades (SI) Existen muchas magnitudes físicas, pero todas se pueden expresar en función de las denominadas magnitudes fundamentales o básicas. Las demás, las que se obtiene a partir de ellas son magnitudes derivadas. Además existen distintas unidades para una misma magnitud, y es necesario adoptar acuerdos sobre las que utilizar. En 1960 se celebro la XI Conferencia General de Pesos y Medidas, de la que surgió un conjunto de unidades a utilizar a nivel internacional: el Sistema Internacional de Unidades (SI).

3.- MAGNITUDES FÍSICAS.UNIDADES Y MEDIDA 3.4 Notación científica A veces tenemos que trabajar con números muy grandes o muy pequeños. Para expresar estos valores se usan las potencias de 10. Por ejemplo 1000=103 ; 0,001 = 1 1000 = 1 103 =10-3 Esta forma de expresar los números, con una cifra entera, seguido o no de decimales, y la potencia de diez adecuada, se conoce como notación científica.

3.- MAGNITUDES FÍSICAS.UNIDADES Y MEDIDA 3.4 Notación científica Expresa en notación científica las siguientes cantidades: 0,0025 12000 0,3 0,00076 25,32 436,200 0,02056 150000 234000000

3.- MAGNITUDES FÍSICAS.UNIDADES Y MEDIDA 3.5 Múltiplos y submúltiplos Es habitual utilizar múltiplos o submúltiplos de las unidades del SI, añadiendo prefijos. Con estos la distancia Tierra-Sol, que es de 150000000000 m, es de 150 Gm, y el tamaño de un grano de polen, 0,000001m, es de 1µm.

3.- MAGNITUDES FÍSICAS.UNIDADES Y MEDIDA Ejercicios resueltos:

3.- MAGNITUDES FÍSICAS.UNIDADES Y MEDIDA Factores de conversión Para realizar los cambios de unidades de una determinada magnitud vamos a utilizar los factores de conversión Son fracciones que multiplican a las unidades que queremos convertir para transformarlas en la que nos interesa.

3.- MAGNITUDES FÍSICAS.UNIDADES Y MEDIDA Factores de conversión Utiliza factores de conversión y realiza los siguientes cambios de unidades:

3.- MAGNITUDES FÍSICAS.UNIDADES Y MEDIDA 3.6 Instrumentos de medida La medida de magnitudes físicas se lleva a cabo mediante el uso de instrumentos diseñados para ello. La elección de un instrumento adecuado es fundamental. Por ejemplo, no podrías medir tu masa con una báscula de cocina, pues estas no están preparadas para medir masas tan grandes. Cualidades de los instrumentos de medida: Cota mínima y cota máxima. Son el menor y mayor valor que el instrumento puede medir. La diferencia entre ambos es el intervalo de medida. Sensibilidad. Es la respuesta del instrumento ante las variaciones de la magnitud que mide. Está relacionado con la subdivisión mínima de su escala.

3.- MAGNITUDES FÍSICAS.UNIDADES Y MEDIDA 3.6 Instrumentos de medida En la imagen de la derecha se muestran dos probetas. Las medidas realizadas con ambas se obtienen en la misma unidad de volumen, el mililitro, mL, pero presentan cualidades diferentes. Probeta de la izquierda Cota mínima: 5mL Cota máxima: 50 mL Sensibilidad: 1mL Probeta de la derecha Cota mínima: 5mL Cota máxima: 50 mL Sensibilidad: 1mL

4.- EL LENGUAJE DE LA CIENCIA 4.1 Ecuaciones físicas Una ecuación física es una expresión matemática que relaciona magnitudes físicas. Por ejemplo, la rapidez media se define como el espacio que recorre un cuerpo en la unidad de tiempo. Su ecuación física es: 𝑣= 𝑒 𝑡 Esta expresión no se lee “v es igual a e partido t”. En ella, la letra “v” representarla velocidad media; “e”, el espacio recorrido, y “t”, el tiempo empleado en recorrerlo. Las letras de las ecuaciones físicas son símbolos con los que se representan las magnitudes físicas y, como tales, tienen sentido físico, pues son propiedades medibles.

4.- EL LENGUAJE DE LA CIENCIA 4.1 Ecuaciones físicas Las ecuaciones físicas también sirven para conocer las relaciones de proporcionalidad entre las magnitudes. Dos de las mas comunes son la proporcionalidad directa y la inversa Dos magnitudes son directamente proporcionales cuando al multiplicar una por un número, la otra queda multiplicada por dicho número, y son inversamente proporcionales cuando al multiplicar por un número, la otra queda dividida por el mismo número.

RELACIONES DE PROPORCIONALIDAD PROPORCIONALIDAD DIRECTA Si una magnitud, A, es directamente proporcional a otra, B, la relación matemática entre ambas es: 𝐴=𝑘 ∙𝐵 Así, por ejemplo, cuando tiramos de un muelle con fuerza F, el alargamiento, x, es directamente proporcional a F: F=𝑘 ∙𝑥, y k es una constante elástica del muelle. PROPORCIONALIDAD INVERSA Si una magnitud, A, es inversamente proporcional a otra, B, la relación matemática entre ambas es: 𝐴= 𝑘 𝐵 En ambas expresiones k es una constante

4.- EL LENGUAJE DE LA CIENCIA 4.2 Tablas y gráficas Para estudiar la relación entre dos magnitudes, se diseñan experimentos en los que se van variando los valores de una de ellas (variable independiente) y se miden los valores de la otra (variable dependiente). Después, estas medidas se organizan en tablas de datos, a partir de las cuales se elaboran las representaciones gráficas; para ello: Se trazan los ejes de coordenadas. Se indica en uno de ellos la magnitud que se representa y la unidad en la que se ha medido. La variable independiente se sitúa en el eje de abscisas (eje X), y la dependiente, en el de ordenadas (eje Y). Se señalan divisiones en los ejes, de modo que cada uno contenga todos los valores que toma la variable correspondiente. Se representa un punto por cada par de datos de la tabla Se unen los puntos mediante líneas De las tablas de datos y las gráficas se puede deducir la relación de proporcionalidad entre magnitudes.

GRAFICAS FRECUENTES

6.- CIENCIA, TECNOLOGÍA Y SOCIEDAD En muchas ocasiones, ciencia y tecnología se confunden, aunque se diferencian en muchos aspectos como, por ejemplo: Propósito. El de la ciencia es explicar el mundo que nos rodea; el de la tecnología, la fabricación de dispositivos Punto de partida. La ciencia parte de la necesidad de responder a un problema; la tecnología de nuestras necesidades Procedimiento. La ciencia busca soluciones emitiendo hipótesis que deben ser acordes con la realidad; la tecnología elabora diseños y después fabrica el producto, que debe funcionar. Producto final. El de la ciencia es conocimiento que se puede generalizar; el de la tecnología, de nuestras necesidades.

6.- CIENCIA, TECNOLOGÍA Y SOCIEDAD Pese a estas diferencias, ciencia y tecnología están íntimamente relacionadas y, además, influyen en la sociedad que, por su parte, puede tomar decisiones que determinan hacia dónde se dirige la investigación científico-tecnológica. Todas estas relaciones hacen que sea difícil referirnos a ciencia, tecnología o sociedad de forma aislada, debiendo hacerlo a todas en conjunto. Se habla, en general, de relaciones ciencia-tecnología-sociedad, o relaciones CTS.

Ciencia tecnología y sociedad están íntimamente relacionadas La ciencia necesita de la tecnología para mejorar los instrumentos de observación y medición, que es posible gracias a los avances científicos RELACIONES CTS CIENCIA TECNOLOGÍA Ciencia tecnología y sociedad están íntimamente relacionadas La ciencia influye en la sociedad, al permitirnos conocer el mundo en el que vivimos y mejorar nuestras condiciones de vida. La sociedad, por su parte, puede determinar en qué se investiga, e influye en la ciencia a través de subvenciones La tecnología forma parte de nuestras vidas, mejorándolas o empeorándolas según se utilice. A su vez, la sociedad influye en el desarrollo de la tecnología por demanda de consumo SOCIEDAD

ALGUNOS EJEMPLOS DE RELACIONES CTS