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Unidad 1. La Física y la Química
como ciencias experimentales
• El método científico • Magnitudes y unidades • El Sistema Internacional de Unidades • Notación científica • Cifras significativas y factores de conversión • Errores en la medida • Representación de gráficas
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La Física
La Física es la ciencia que estudia la naturaleza en su aspecto más
amplio.
Se consideran fenómenos físicos aquellos que están asociados a los
cuerpos y que provocan modificaciones en su estado o en su
movimiento, en su color o en su energía, pero que no alteran su
estructura interna. Así, por ejemplo, la Astronomía es una rama de la
Física.
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La Química
La Química es la ciencia que estudia la esencia de la materia.
Se consideran fenómenos químicos todos aquellos que generan
modificaciones internas de la materia y que, por lo tanto, provocan
cambios permanentes en la estructura de los cuerpos.
En los procesos químicos, la materia ni se crea ni se destruye,
únicamente se transforma de unas sustancias a otras.
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El método científico
El método científico permite realizar los trabajos
de investigación con rigor, y es un método aceptado
de forma mayoritaria por la comunidad científica.
Consta de varias fases: A. Observación
B. Formulación de hipótesis
C. Comprobación experimental de las hipótesis propuestas
D. Análisis de los resultados experimentales
E. Elaboración de las conclusiones finales
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Fases del método científico
A. Observación
Se trata de estudiar y describir los aspectos más relevantes del
fenómeno y descifrar los factores que puedan influir en su desarrollo.
Ejemplo: Observamos que el tiempo de caída libre de los cuerpos no es
el mismo, sino que depende de diferentes factores.
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Fases del método científico
B. Formulación de hipótesis
Se intenta justificar el fenómeno examinado.
Ejemplo. Suponemos que el tiempo de caída de los cuerpos va a
depender de la altura desde la que cae el cuerpo, de su masa, de su
forma, de su densidad y de la velocidad horizontal con la que se lance.
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Fases del método científico
C. Comprobación experimental de las hipótesis propuestas
Se trata de repetir el fenómeno observado bajo unas condiciones
controladas.
Ejemplo:
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Fases del método científico
C. Comprobación experimental de las hipótesis propuestas
(continuación)
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Fases del método científico
D. Análisis de los resultados experimentales
Se recopilan los datos empíricos que hay que estudiar para ver la
influencia real de las diversas variables que actúan sobre el fenómeno
estudiado.
Ejemplo: A partir de las evidencias experimentales podemos concluir lo
siguiente:
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Fases del método científico
E. Elaboración de las conclusiones finales
Se trata de obtener unas conclusiones que permitan la formulación de
una teoría científica que englobe las leyes empíricas deducidas con
anterioridad.
Ejemplo: La ecuación de movimiento de caída libre de un cuerpo forma
parte de un conjunto de ecuaciones que explican el movimiento de los
cuerpos terrestres y celestes de una manera conjunta e independiente.
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Magnitudes
Magnitud: es cualquier propiedad observable que podamos medir,
asignándole una unidad. Ejemplo: la masa.
Unidad: es una porción arbitraria de una magnitud que
la comunidad ha designado como tal.
Ejemplo: un kilogramo.
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Magnitudes
Magnitud escalar: es aquella que queda perfectamente definida con un
valor numérico y su correspondiente unidad. Ejemplo: la masa de un
cuerpo.
Magnitud vectorial: es aquella para cuya completa definición se
necesita conocer, además del número y la unidad, la dirección y el
sentido que tiene así como el punto donde se aplica. Ejemplo: la
velocidad de un avión al despegar.
Las magnitudes vectoriales se suelen representar mediante vectores.
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El Sistema Internacional de Unidades
El conjunto de distintas magnitudes se agrupa en los sistemas de
unidades.
En ellos se relacionan las unidades de diferentes magnitudes mediante
valores, normalmente sencillos.
El más utilizado es el Sistema Internacional, con siete magnitudes
fundamentales.
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Notación científica
Notación científica: consiste en expresar el número con una parte
entera (de una sola cifra, que no sea cero) seguido del resto del número
en forma decimal, multiplicado por una potencia de base diez, con
exponente positivo o negativo, según corresponda al valor del número.
75980000000 m 7,598 · 1010 m
0,00000000000138 kg 1,38 · 10–12 kg
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Las cifras significativas
Cifras significativas: son los dígitos de un número que consideramos
válidos; es decir, el conjunto de cifras exactas más una cifra imprecisa.
Redondeo de cifras significativas:
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Factores de conversión
Factor de conversión: es una relación (un cociente) entre dos
cantidades iguales en valor, pero numéricamente distintas, bien porque
se refieren a distintas unidades de la misma magnitud o bien porque se
refieren a magnitudes diferentes, pero que están relacionadas entre sí.
Por ejemplo, para transformar una velocidad expresada en m/s a km/h,
tenemos:
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m 1km 3600s km10 36
s 1000m 1h h
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Errores en la medida
Error experimental: es la indeterminación en la medida de cualquier
magnitud. Los hay de diferentes tipos:
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Representación de gráficas
La mayor parte de los valores obtenidos al medir magnitudes se pueden
representar de forma gráfica en ejes cartesianos. Las relaciones más
frecuentes entre variables son tres:
A. Relaciones lineales: la representación gráfica
de una lineal es una recta, cuya pendiente coincide
en todos los casos con el valor de la constante k.
y = k x
B. Relaciones de proporcionalidad inversa: ambas
variables modifican su valor de forma que su producto
se mantiene constante; es decir, si una aumenta su
valor, la otra disminuye. y x = k
C. Relaciones cuadráticas: la relación entre variables
no es lineal, sino que alguna variable está afectada
por un exponente (elevada al cuadrado).
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