¡Descarga La actividad cientifica y más Diapositivas en PDF de Física solo en Docsity!
Tema 1: La Actividad Científica
**_1. El método científico
- La medida de magnitudes._**
2.1. El sistema internacional de unidades. 2.2. Ecuación de dimensiones. 2.3. La notación científica. 2.4. Múltiplos y submúltiplos de unidades. Cambios de unidades.
3. Instrumentos de medida.
3.1. Precisión y sensibilidad. 3.2. Cifras significativas y redondeo. 3.3. Errores en la medida.
4. Representaciones gráficas.
Ciencia es aquella actividad que se ocupa de resolver problemas mediante la observación y la lógica. Ésta definición se puede aplicar a cualquier tipo de problema:
- naturaleza,
- sociedad,
- personas.
Para facilitar el estudio de cada problema, la ciencia se organiza en distintas ramas especializadas. En nuestro caso nos interesa:
- Física , estudia cualquier cambio que experimente la materia en el que no cambie su naturaleza interna. Se denominan cambios o fenómenos Físicos.
- Química , estudia cómo está constituida la materia y los cambios que afectan a su propia naturaleza. La materia cambia y se forman nuevas sustancias. Se denominan cambios o fenómenos Químicos.
La Física y la Química son ciencias experimentales , ya que además de la observación y la lógica, utilizan la experimentación y la medida.
Recuerda: propiedades generales y propiedades específicas o características de la materia.
No confundir ciencia con pseudociencia, falsa ciencia.
1. El método científico.
El método científico es el procedimiento que debe de seguir cualquier científico (físico, químico, biólogo, médico, ...) en sus trabajos, para que éstos se acepten como válidos, en ellos se estudian los problemas y llegan a conclusiones ciertas.
Las etapas del método científico son:
- La observación del fenómeno natural. Consiste en una observación detallada del fenómeno a estudiar en la naturaleza, con toma de datos y medidas.
- Emisión o elaboración de hipótesis. Son posibles explicaciones o suposiciones del fenómeno observado. Debe de formularse de forma concreta y se debe poder comprobar.
- Comprobación experimental, experimentación. Consiste en comprobar experimentalmente las distintas hipótesis para ver cuál es válida. Esta etapa caracteriza el método científico. Experimentar es repetir el fenómeno observado en condiciones controladas, para saber que variables influyen en él y como lo hacen. Hay tres tipos de variables: - Variables independientes , que son aquellas cuyos valores podemos elegir libremente. - Variables dependientes , son aquellos cuyos valores quedan establecidos por los anteriores. - Variables controladas , que son aquellos cuyos valores permanecen fijos.
- Análisis de resultados. Los resultados se recogen en tablas de datos, gráficos, ... y se analizan. La tabla permite organizar los datos en filas y columnas. En cada columna se recoge una variable, en cada fila se recogen los valores para cada variable para una medición. La gráfica muestra la relación entre dos variables de forma visual, y debe de permitir interpolar datos y extrapolar datos. El análisis de resultados debe de permitir definir leyes y elaborar teorías. Una ley científica es el enunciado de una hipótesis confirmada y comprobada experimentalmente, y se puede expresar mediante una frase o mediante una fórmula matemática. Las teorías científicas son conjuntos de leyes con carácter predictivo, es decir, explican los hechos demostrados mediante las leyes científicas y permiten predecir fenómenos desconocidos.
- Publicación de Leyes y Teorías Científicas , comunicación de resultados. Título : título del trabajo, autor, lugar donde se realizó la investigación y fecha.
Para que el resultado de una medida sea adecuado, la unidad debe de ser constante , universal y fácil de reproducir.
2.1 Sistema internacional de unidades (SI)
Cada país o región utilizaba unidades distintas para medir las magnitudes. En 1960 se reunió en París una conferencia científica formada por 36 países para fijar unas unidades comunes de medida, el Sistema Internacional de Medidas (SI). Se han elegido siete magnitudes fundamentales y la unidad básica de cada una.
Las magnitudes fundamentales son las más básicas. Todas las demás se denominan magnitudes derivadas y se pueden expresar en función de las magnitudes fundamentales.
El Sistema Internacional está formado por las siete magnitudes fundamentales y sus unidades básicas.
Magnitudes fundamentales :
Magnitud Unidad Nombre Símbolo Nombre Símbolo Longitud l metro m Masa m kilogramo kg Tiempo t segundo s Temperatura T kelvin K Intensidad de corriente I amperio A Intensidad luminosa Iv candela cd Cantidad de sustancia n mol mol
Magnitudes derivadas y el SI :
Magnitudes derivadas del Sistema Internacional Magnitud Símbolo Unidad Otras unidades admitidas Superficie S m^2 ha (hectárea); 1 ha = 10000 m^2 Volumen V m^3 L (dm^3 ); 1 m^3 = 1000 L Densidad d, ρ kg / m^3 g / L = kg / m^3 ; kg / L; 1 kg / L = 1000 kg / m^3 Velocidad v m / s km / h ; 1 km / h = 0.278 m / s Aceleración a m / s^2 Fuerza F N (newton) kgf (kilogramo fuerza) ; 1 kgf = 9.8 N
Presión p, P Pa (pascal)
mm de Hg (milímetro de mercurio) 1 mm de Hg = 133.3 Pa atm (atmósfera) ; 1 atm = 101325 Pa Potencia P W (vatio) CV (caballo de vapor); 1 CV = 735.5 W Energía E J (julio) kWh (kilovatio hora) ; 1 kWh = 3.6 · 10^6 J
2.2 Ecuación de dimensiones.
Es la expresión matemática que relaciona una magnitud derivada con las fundamentales. Las dimensiones que corresponden a las magnitudes fundamentales de le mecánica son:
Longitud = L Masa = M Tiempo = T
En la ecuación de dimensiones la magnitud derivada que se va a definir se escribe entre corchetes y se iguala a su fórmula, sustituyendo luego cada magnitud por sus dimensiones correspondientes. Todas las ecuaciones físicas o químicas han de ser dimensionalmente homogéneas, es decir, los dos miembros de la ecuación han de tener idénticas dimensiones. Los números carecen de dimensiones.
2.3 La notación científica.
Cuando la medida de magnitudes dan números muy grandes o muy pequeños, usamos formas abreviadas para expresarlos:
- La notación científica,
- Múltiplos y submúltiplos de unidades del Sistema Internacional.
La notación científica consiste en expresar la cantidad a través de una parte decimal, con una sola cifra entera distinta de cero, seguida de una potencia de diez con exponente positivo (si la medida es muy grande) o negativa (si la medida es muy pequeña).
parte entera 7 parte decimal 82 potencia de diez 10-
Ejemplos:
3 500 000 m = 3.5 · 10^6 m 1 720 000 000 km = 1.72 · 10^9 km 0.005 m = 5.0 · 10-3^ m 0.000 000 013 km = 1.3 ·10-8^ km
2.4 Múltiplos y submúltiplos de unidades. Cambios de unidades.
Los científicos utilizan a menudo cantidades muy grandes o muy pequeñas con respecto a la unidad básica. Por ello emplean múltiplos y submúltiplos de dichas
- Simplificar lo que sobre y expresar el
resultado final. 0.^27 ^ ·^
1 =^.^ ^ ·^ ^
Actividades:
_1. El radio de un átomo es 0.85 nm. Exprésalo en m.
- La película duró 2 horas. Exprésalo en s.
- La velocidad de un coche es de 90 km/h. Exprésalo en m/s.
- La densidad del agua del mar es 1.13 g/mL. Exprésala en unidades del_ _Sistema Internacional.
- Pasa a unidades del SI usando factores de conversión:_ a. 2500 g b. 3500 mm c. 2.5 km d. 750 cm
e. 2 horas f. 20 oC g. 72 km/h h. 100 km/h
i. 2 hm^2 j. 3 hm^3 k. 3500 L l. 20 pulg
3. Instrumentos de medida.
Distintos instrumentos para medir masas, longitudes, volúmenes, temperaturas, ...
La mayoría de las etapas del método científico, especialmente la experimentación se realizan en el laboratorio. En esta fase las mediciones juegan un papel importante, razón que hace indispensable los instrumentos de medición.
Para medir longitudes los instrumentos más usados son las reglas y cintas , graduadas generalmente en decímetros, centímetros y milímetros. Las reglas metálicas, madera, plásticas, con divisiones que van desde el centímetro y milímetro son usadas para realizar mediciones más precisas menores de un metro.
Otros instrumentos utilizados para realizar medidas directas con mayor precisión son: El calibrador tipo vernier que alcanza mediciones hasta 0.1 mm, también conocido como nonio o pie de rey.
El tornillo micrométrico , su funcionamiento está basado en el movimiento de un tornillo que se hace girar dentro de una tuerca, se utiliza para medir diámetros pequeños.
Para medir masa en el laboratorio se utilizan balanzas. Hay diferentes tipos, desde la balanza de platillo la moderna balanza electrónica , en la que basta colocar un objeto en el platillo para que aparezca la lectura de la medida en la pantalla.
Con la balanza comparamos una masa desconocida con una conocida, obteniendo la medida deseada.
Medición de volúmenes
En el laboratorio, para medir volúmenes utilizamos probetas , erlenmeyer , vasos de precipitados , pipetas y buretas.
La probeta es un instrumento muy utilizado en el laboratorio para medir el volumen de los líquidos, vienen con capacidad para diferentes volúmenes y graduadas en centímetros cúbicos o milímetros. También es usada para determinar volúmenes de cuerpos irregulares.
La bureta es un instrumento indicado especialmente para trasvasar determinados volúmenes de líquidos. Puede tener una llave de cierre y está graduada en mililitros (ml).
La pipeta se utiliza para medir líquidos. Estos pasan a la pipeta por succión. La succión se debe realizar con una pera de goma, nunca con la boca.
Vaso de precipitados y matraz de Erlenmeyer. Con el vaso de precipitados y el matraz de Erlenmeyer podemos medir volúmenes, pues vienen graduados en mililitros y los hay de diferente capacidad.
Ejemplos: 321 cm → tres cifras significativas 1,345 cm → cuatro cifras significativas 106,470 m → seis cifras significativas 6,02 g → tres cifras significativas 24,0 g → tres cifras significativas 7 000 depende: 7 000 → una cifra significativa 7,0 · 10^3 → dos cifras significativas 7,00 · 10^3 → tres cifras significativas 7,000 · 10^3 → cuatro cifras significativas
No son cifras significativas:
- El cero delante de la cifra decimal y los ceros detrás de la coma decimal si delante no tiene un dígito distinto de cero. Ejemplo: 0,405 kg → tres cifras significativas 0,000 509 kg → tres cifras significativas
Redondear un número quiere decir reducir el número de cifras manteniendo un valor parecido. El resultado es menos exacto, pero más fácil de usar.
Reglas del redondeo:
- Si la cifra despreciada es mayor que 5 , la anterior se incrementa en una unidad (redondeo al alza o hacia arriba). Ejemplo: 12,5 8 ml ≈ 12,6 ml
- Si la cifra despreciada es menor que 5 , la anterior no se altera (redondeo a la baja o hacia abajo). Ejemplo: 1,4 3 ml ≈ 1,4 ml
- Si la cifra despreciada es igual a cinco : La anterior se incrementa en una unidad si es impar. 10,3 5 ml ≈ 10,4 ml La anterior no se altera si es par. 9,2 5 ml ≈ 9,2 ml
- En las sumas y restas de medidas con decimales se redondea de forma que el número de decimales del resultado coincida con los del dato que menos tenga.
- El resultado de multiplicaciones y divisiones se redondeará hasta que tenga el mismo número de cifras significativas que el dato que menos tenga.
Actividad:
1. Redondea a dos cifras decimales las siguientes medidas: a. 12,278 m → b. 5,274 kg → c. 14,375 m → d. 1,789 min →
e. 3,265 m → f. 12,748 km → g. 1,555 m → h. 1,545 m →
3.3 Errores en la medida.
Toda medición lleva asociado un grado de incertidumbre, unas veces debido a la mayor o menor habilidad de la persona que la realiza y otras, al mismo instrumento. Estas últimas son inevitables y resulta necesario cuantificar esa incertidumbre o error, se conoce como error experimental.
Se llama incertidumbre de una medida ( I ) al grado de indefinición con que viene afectada esa medida como consecuencia del calibrado del aparato. Coincide con la mitad de la división más pequeña del instrumento de medida, es decir, con la mitad de la precisión del instrumento.
Error absoluto.
Se define error absoluto ( εa ) de una medida como el mayor de los siguientes valores:
- El valor absoluto de la diferencia entre el valor medido, x , y el valor representativo, xv.
- La incertidumbre de la medida, I , es decir, la mitad de la precisión del aparato. Se pueden dar tres casos: Si se conoce el valor representativo, si sólo se hace una medida, y si se realizan varias medidas.
Error relativo.
El error relativo , ( εr ) , Es el cociente entre el error absoluto y el valor representativo. Se
puede expresar de diversas formas:
Interpretación de la gráfica :
Se trata de encontrar la relación entre las dos variables representadas. La línea de ajuste puede ser:
Una recta : las dos variables están relacionadas mediante la ecuación
donde b es la ordenada en el origen y m es la pendiente de la recta, que se calcula hallando la tangente del ángulo de inclinación.
Una curva : dependiendo de la relación entre x e y podrá ser:
- Parabólica , con vértice en el origen y eje vertical. obedece a la ecuación
- Hiperbólica , obedece al ecuación
