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TEMA 1. LA ACTIVIDAD CIENTÍFICA

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1. ¿QUÉ SE ENTIENDE POR CIENCIA?

“La ciencia no nos habla de la naturaleza, nos ofrece respuestas a nuestras preguntas

sobre la naturaleza” (W. Heisenberg, premio nobel de física en 1932).

La Ciencia se puede definir como aquella actividad que se ocupa de resolver

problemas mediante la observación y la lógica.

El término ciencia procede del latín “scientia”, y significa saber.

La ciencia se organiza en ramas, especializadas; tenemos las ciencias naturales, la

ciencia de la sociología, la ciencia de la medicina, la ciencia de la psicología, la ciencia de

la economía, etc. Nosotros nos vamos a centrar en las ciencias de la naturaleza.

La física estudia cualquier cambio que experimente la materia en el que no cambie

su naturaleza interna.

Si ponemos el agua de un vaso en un cazo y la calentamos, puede convertirse en

vapor. Si la enfriamos, puede convertirse en hielo. En cualquier caso, la sustancia sigue

siendo agua. Decimos que ha experimentado un cambio físico.

La química estudia cómo está constituida la materia y los cambios que afectan a su

propia naturaleza.

La química estudia cómo es el agua, qué elementos químicos la forman y cómo están

unidos. La corriente eléctrica puede descomponer el agua en dos gases, hidrógeno y

oxígeno. Esta descomposición es un cambio químico, pues convierte el agua en

sustancias de distinta naturaleza.

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La biología se ocupa del estudio de los seres vivos y, más específicamente, de su

origen, evolución y propiedades (génesis, nutrición, morfogénesis, reproducción,

patogenia, etc.).

La geología se ocupa del estudio de la Tierra y de los cuerpos celestes rocosos,

la materia que los compone, la estructura, sus mecanismos de formación y los

cambios o alteraciones que han experimentado desde su origen.

Estas ciencias tienen por objeto el estudio de la naturaleza, siguiendo la modalidad del

método científico conocida como método experimental.

2. EL MÉTODO CIENTÍFICO. SUS ETAPAS

La investigación científica es el motor de evolución de la ciencia. La investigación

surge como respuesta a los interrogantes que el ser humano se plantea, por curiosidad o

buscando una utilidad.

Se denomina método científico

al procedimiento que siguen las

personas de ciencia para estudiar los

problemas y llegar a conclusiones

ciertas.

El método científico sigue una

serie de pasos, que son:

https://es.wikipedia.org/wiki/Biolog%C3%ADahttps://es.wikipedia.org/wiki/Geolog%C3%ADa

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3. MEDIDA DE MAGNITUDES

La física y la química son ciencias experimentales. Su trabajo requiere medir diversas

características de la materia o de los cambios que experimenta. Se dice que la física y la

química son las ciencias de la medida.

Llamamos magnitud a cualquier característica de la materia o de los cambios que

experimenta, que se puede medir, es decir, que se puede expresar con un número y

una unidad.

Por ejemplo, la masa o la temperatura, son magnitudes. Podemos decir que la masa de

un cuerpo es de 60kg y su temperatura es de 30 ºC.

Medir una magnitud es compararla con una cantidad de su misma naturaleza

llamada unidad y ver cuántas veces está contenida dicha unidad en la magnitud

medida.

Por ejemplo, si tratamos de medir la longitud de una mesa (magnitud), deberemos

primero elegir una unidad de medida y ver después cuántas veces esa unidad está

contenida en la magnitud a medir.

Para expresar correctamente una

medida debemos indicar, además del

número, la unidad que se ha empleado en

la medición.

Número Unidad

10,3 cm

100 mL

27,6 kg

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3.1. MAGNITUDES ESCALARES Y VECTORIALES

Las magnitudes físicas son propiedades de los cuerpos que se pueden medir.

Una posible clasificación agrupa las magnitudes físicas en magnitudes escalares y

vectoriales:

Las magnitudes escalares tienen únicamente como variable a un número que

representa una determinada cantidad.

La masa de un cuerpo, el volumen, la

temperatura o la longitud, son algunos

ejemplos de magnitudes escalares.

En muchos casos las magnitudes escalares no nos dan información completa sobre

una propiedad física. Por ejemplo una fuerza de determinado valor puede estar aplicada

sobre un cuerpo en diferentes sentidos y direcciones.

Las magnitudes vectoriales, como su propio nombre indica, se representan

mediante vectores, además de un módulo (o valor absoluto) tienen una dirección y

un sentido.

La velocidad, la fuerza, la aceleración o

el campo eléctrico son algunos ejemplos de

magnitudes vectoriales.

https://www.fisicapractica.com/fuerzas.php

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3.2. MAGNITUDES FUNDAMENTALES Y DERIVADAS

Las magnitudes físicas son propiedades de los cuerpos que se pueden medir.

Una posible clasificación agrupa las magnitudes físicas en magnitudes fundamentales y

derivadas:

Magnitudes fundamentales son aquellas que se pueden medir directamente. Se

definen independientemente de las demás, mediante el instrumento de medida.

Ejemplos de magnitudes fundamentales son la longitud, la masa y el tiempo.

Magnitudes derivadas son aquellas que se definen a partir de otras magnitudes,

bien fundamentales, bien derivadas. En algún caso su estimación se realiza a través

de expresiones matemáticas.

Ejemplos de magnitudes derivadas son la velocidad, la aceleración y la fuerza.

3.3. EL SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES

Como se ha indicado anteriormente, las unidades de medida son patrones que sirven

para comparar magnitudes físicas, por tanto toda magnitud física lleva asociada una

unidad de medida.

Para que una unidad sea considerada válida debe cumplir tres requisitos:

Ser constante. Significa ser igual independientemente del lugar y el momento.

Ser universal. Significa ser aceptada por toda la comunidad científica.

Ser fácil de reproducir. Significa que sea sencillo obtener muestras de esa unidad.

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Las unidades se agrupan en sistemas de unidades, siendo el SISTEMA

INTERNACIONAL DE UNIDADES (SI) el utilizado por todos los científicos.

El SI, creado en 1960, es el sistema mundialmente aceptado para hacer medidas. Está

basado en el Sistema Métrico Decimal porque cada unidad contiene 10 unidades del rango

inmediatamente inferior, es decir, sus unidades aumentan o disminuyen de 10 en 10.

En la siguiente tabla se recogen las 7 magnitudes fundamentales indicando sus

unidades en el SI (y entre paréntesis los símbolos utilizados para cada una de ellas).

Magnitud (Símbolo) Unidad SI (Símbolo)

Longitud (L) Metro (m)

Masa (m) Kilogramo (kg)

Tiempo (t) Segundo (s)

Temperatura (T) Kelvin (K)

Intensidad de corriente (I) Amperio (A)

Cantidad de sustancia (n) Mol (mol)

Intensidad luminosa (Iv) Candela (cd)

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El SI también establece cuáles son las magnitudes derivadas y sus unidades.

En la siguiente tabla se recogen las principales magnitudes derivadas indicando sus

unidades en el SI (y entre paréntesis los símbolos utilizados para cada una de ellas).

Magnitud (Símbolo) Unidad SI (Símbolo) Otras unidades

Área, superficie (S) Metro cuadrado (m2)

Volumen (V) Metro cúbico (m3) Litro (L)

Densidad (d, ) Kilogramo / Metro cúbico

(Kg/m3)

Gramo / Litro (g/L)

Gramo / Centímetro cúbico (g/cm3)

Velocidad (v) Metro / Segundo (m/s) Kilometro / hora (km/h)

Aceleración (a) Metro / Segundo cuadrado

(m/s2)

Fuerza (F) Newton (N)

Presión (p) Pascal (Pa) Milímetro de mercurio (mm de Hg)

Atmósfera (atm)

Energía (E) Julio (J)

Trabajo (W) Julio (J)

Potencia (P) Vatio (W)

Carga eléctrica (q) Coulombio (C)

Resistencia eléctrica (R) Ohmio ()

Voltaje, ddp (V) Voltio (V)

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3.4. MÚLTIPLOS Y SUBMÚLTIPLOS

Los científicos manejan a menudo cantidades muy grandes o muy pequeñas respecto a

la unidad básica. Por ejemplo, el tamaño de algunas células es 0,000003m, y la distancia

de la Tierra al Sol es 149597870700m.

El SI también indica el nombre de los múltiplos y submúltiplos que van a facilitar su

escritura. En la siguiente tabla se recogen la mayoría de estos múltiplos y submúltiplos

indicando el nombre de cada uno y su abreviatura.

Factor que

multiplica a la

unidad

Prefijo Factor que

multiplica a la

unidad

Prefijo

Nombre (Símbolo) Nombre (Símbolo)

1018 exa (E) 10-1 deci (d)

1015 peta (P) 10-2 centi (c)

1012 tera (T) 10-3 mili (m)

109 giga (G) 10-6 micro ()

106 mega (M) 10-9 nano (n)

103 Kilo (k) 10-12 pico (p)

102 hecto (h) 10-15 femto (f)

101 deca (da) 10-18 atto (a)

Las cantidades anteriores se pueden expresar así de forma más sencilla:

El tamaño de algunas células es 3m, y la distancia de la Tierra al Sol es 149,6Gm.

La principal unidad de superficie es el metro cuadrado. Cada unidad de superficie es

100 veces mayor que la unidad inmediata inferior y 100 veces menor que la unidad

inmediata superior.

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La principal unidad de volumen es el metro cúbico. Cada unidad de superficie es 1000

veces mayor que la unidad inmediata inferior y 1000 veces menor que la unidad inmediata

superior.

No todas las magnitudes se miden referenciadas en el Sistema Métrico Decimal, por

ejemplo, el tiempo y la temperatura:

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3.5. CAMBIO DE UNIDADES

Para cambiar de una unidad a otra se utilizan los factores de conversión.

Un factor de conversión es una fracción que tiene en su numerador y su denominador

la misma cantidad, pero expresada en distintas unidades.

Al multiplicar una cantidad por un factor de conversión no cambia la cantidad, solo

sus unidades.

Para encontrar el factor de conversión adecuado:

1. Escribe la cantidad que quieres

cambiar de unidad. 275,8 cm

2. Escribe al lado una fracción con la

misma unidad en el denominador (cm)

y en el numerador la unidad en la que

la quieres convertir (m) de manera que

se simplifique la unidad de partida.

275,8 cm · m

𝑐m

3. Al lado de cada unidad pon su

equivalencia con la otra. 275,8 cm ·

0,01 m

1 𝑐m

4. Simplifica lo que sobre y expresa el

resultado final. 275,8 cm ·

0,01 m

1 𝑐m = 2,758m

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3.6. NOTACIÓN CIENTÍFICA

A veces, el resultado de una operación con la calculadora es un número muy grande o

muy pequeño, y no siempre nos conviene utilizar múltiplos o submúltiplos para expresarlo.

La notación científica consiste en escribir las cantidades con una cifra entera, los

decimales y una potencia de 10.

Es una manera de escribir números que facilita su lectura y comprensión.

Vamos a completar una tabla para dos ejemplos numéricos:

1. Observa el número original. 346000 0,000064

2. Escribe la primera cifra distinta de

cero, luego coma y después las

cifras restantes. No pongas los

ceros a la derecha.

3,46 6,4

3. Escribe la potencia de 10. Cuenta

los lugares que tienes que

desplazar la coma hasta que quede

solo una cifra entera. Ese valor será

el exponente que usarás.

3,46 · 105

Si el numero era

mayor que uno, la

potencia será positiva

6,4 · 10-5

Si el numero era

menor que uno, la

potencia será negativa

4. TRATAMIENTO DE LOS DATOS

Los datos experimentales no son valores numéricos que únicamente están ahí, sino

que tienen que ser interpretados y analizados.

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4.1. CIFRAS SIGNIFICATIVAS

Se denominan cifras significativas (c.s.) de una medida experimental las que se leen

en una escala de un aparato de medida. Corresponden al conjunto de los dígitos que se

conocen con seguridad en una medida.

Las siguientes reglas determinan el número de cifras significativas de una medida:

Cualquier cifra distinta de cero se considera significativa.

Ejemplos: 25,36 tiene 4 c.s. y 154 tiene 3 c.s.

Se consideran cifras significativas los ceros situados entre dos dígitos distintos de

cero y los situados después de la coma decimal.

Ejemplos: 2005.20 tiene 6 c.s. o 34.00 tiene 4 c.s.

Sin embargo no se consideran cifras significativas los ceros situados al comienzo de

un número, incluidos aquellos situados a la derecha de la coma decimal hasta llegar

a un dígito distinto de cero.

Ejemplo: 0,000560 tiene 3 c.s. (560)

Tampoco se consideran significativos los ceros situados al final de un número sin

coma decimal, excepto si se indican con un punto.

Ejemplos: 450 tiene 2 c.s. (45), sin embargo 450. tiene 3 c.s.

Los termómetros digitales

utilizados en la medicina práctica

utilizan 3 cifras significativas.

Las dos primeras son cifras exactas y la última es

una cifra significativa afectada por error ya que

probablemente la temperatura real estará formada por

infinitos decimales imposibles de representar y que

además no son necesarios para determinar si el

paciente tiene fiebre o no.

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4.2. ERRORES EN LA MEDIDA

La Física y la Química son ciencias Experimentales y como tales se basan en las

medidas de los experimentos realizados. Por supuesto que en estas medidas se cometen

errores.

Los errores cometidos pueden clasificarse según se produzcan por la forma en la que

se realiza la medida en:

Error accidental: Aquellos que se producen debido a un error por causas

cualesquiera y que no tienen por qué repetirse.

Ejemplo: Leemos en el cronómetro 35 s y escribimos en el cuaderno 36 s.

Error sistemático: Se debe a una mala realización de las medidas que se repite

siempre.

Ejemplos: Se hacen medidas con un aparato que tenga un defecto de fabricación, o

miramos siempre la probeta desde un ángulo equivocado (error de paralaje).

Por otra parte cuando realizamos una medida nos alejamos siempre algo del valor real

de la magnitud. Para determinar la precisión de una medida usamos dos tipos de errores:

Error absoluto: Desviación entre el valor medido y el valor real (puede ser la media

aritmética de varias medidas).

Tiene las mismas unidades que la magnitud medida. Se expresa en valor absoluto.

Error relativo. Cociente entre el error absoluto y el valor real.

Es adimensional. Se expresa en %.

Cuanto menor sea el error relativo, mejor será la medida.

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4.3. REDONDEO

Cuando realizamos algún tipo de operación matemática puede ser interesante reducir

el número de decimales que obtenemos para evitar trabajar con valores excesivamente

grandes. El redondeo puede ayudar a esta tarea provocando que los resultados sean lo

más precisos posibles.

Redondear un número es el proceso de eliminar las cifras situadas a la derecha de la

última cifra significativa.

La última cifra que se deja aumenta en 1 si la primera cifra eliminada es un 5 o una

cifra mayor.

Ejemplo: 45.367892 redondeado a 5 c.s. es 45.368.

La última cifra que se deja queda inalterada si es menor que 5.

Ejemplo: 123.643421 redondeado a 5 c.s. es 123,64.

Cuando realizamos operaciones matemáticas con valores decimales, el resultado debe

redondearse hasta un número determinado de cifras significativas.

Cuando sumamos o restamos, el

resultado debe tener el mismo número

de decimales que el valor que

menos tenga:

Ejemplo: 420,5 + 0,6 = 421,1

Se redondea hasta las décimas.

Cuando multiplicamos o dividimos, el

resultado debe tener el mismo número de

cifras significativas que el valor que

menos tenga:

Ejemplo: 10,5 · 12,3 = 129

Se redondea con tres cifras significativas

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4.4. ORGANIZACIÓN Y ANÁLISIS DE DATOS

EXPERIMENTALES

La ciencia utiliza el lenguaje matemático como un medio de representar ideas y de

relacionar conceptos.

Tabular los resultados de una experiencia y representarlos gráficamente nos

permite analizar cómo cambian determinadas variables cuando se modifican otras.

A la hora de hacer una gráfica debes tener en cuenta:

La gráfica debe ser fácilmente legible y de aspecto agradable a la vista.

Distribuir adecuadamente los valores del eje X y del eje Y (considerar el recorrido de

las variables y distribuir el espacio disponible).

Rotular la gráfica (título) e indicar qué se recoge en el eje X (normalmente la

variable independiente, lo que se varía) y qué en el eje Y (normalmente la variable

dependiente, lo que varía al modificar la variable independiente). Poner unidades

entre paréntesis.

Procurar que las divisiones se correspondan con valores sencillos: unidades,

múltiplos de dos, múltiplos de cinco, múltiplos de diez…

Si los números que se corresponden con las divisiones quedan excesivamente

juntos se gana en claridad escribiendo uno sí y uno no.

Señalar los puntos con un pequeño círculo lleno. No pintar otras líneas.

Trazar (a ojo) la línea que mejor se adapte a los puntos. Si algún punto queda

claramente fuera de la tendencia general, desecharlo. Se trata de un valor erróneo.

Interrogarse sobre la posibilidad de que la recta pase por el origen o no.

Si la gráfica resultante es una recta que pasa por el origen las magnitudes

representadas son directamente proporcionales.