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29/08/2019 Luis Antonio Nolasco Gómez 1
Ciencias Naturales
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Unidad I. Naturaleza de la ciencia
➢
La ciencia y el método científico
➢
Modelos, principios, leyes y teorías
científicas
➢
Unidades y estándares
➢
Mediciones, incertidumbre y estimación

Las ciencias
Las ciencias son un conjunto estructurado de conocimientos
y técnicas que buscan la interpretación o explicación de los
fenómenos.
Aunque se han propuesto distintas clasificaciones para la
ciencias, la más ampliamente consensuada y utilizada es la
sugerida por el epistemólogo alemán Rudolf Carnap en 1955.

Clasificación de las ciencias
Ciencias Objeto de estudio Ejemplo
Formales Estudian contenidos abstractos. Se
basan en la aplicación de la lógica,
las inferencias y otras formas del
pensamiento.
Aritmética, cálculo,
geometría,
trigonometría,
informática.
Naturales Su campo de estudio es la
naturaleza. Es decir buscan
explicar los fenómenos naturales y
descubrir las leyes que los rigen.
Física, química,
biología, geología y
geografía física.
Sociales Se encargan del estudio de las
relaciones que establecen los seres
humanos entre sí y del estudio de
sus instituciones.
Ciencias sociales,
política, economía,
administración,
antropología,
arqueología y
geografía humana.

Las ciencias naturales
Las ciencias naturales tienen por campo de estudio la naturaleza, y
son:
●
Física. Se encarga del estudio del comportamiento de la materia
●
Química. Estudia la composición de la materia y sus
transformaciones
●
Biología. Estudia los seres vivos.
●
Geología. Esta ciencia se encarga del estudio de la estructura
interna de la tierra.
●
Geografía física. Se encarga del estudio de la corteza terrestre
y de la atmósfera.

Las ciencias físicas
Estudian la naturaleza de forma general. Centran su atención
a las características y comportamiento de la materia y la
energía, así como las interacciones que se producen en
ambas.
Su campo de estudio despliega un abanico de ramas, que
adquieren enfoques diferentes a las condiciones de la
realidad de estudio.

Ramas de las ciencias físicas
Química orgánica. Se dedica al estudio de las sustancias
químicas que contienen carbono.
Química inorgánica. Se centra en el estudio de los
compuestos carentes de carbono.
Química ambiental. Química dedicada a estudiar los
problemas y la conservación del medio ambiente.
Química analítica. Estudia la composición de los materiales,
usando técnicas de laboratorio.

Continuación...
●
Bioquímica. Estudia los elementos de la vida, o sea los
compuestos de los seres vivos.
●
Biofísica. Se ocupa de estudiar los procesos físicos de los
seres vivos y las leyes que rigen la energía vital.
●
Física cuántica. Analiza las partículas atomísticas y sus
interacciones con las radiaciones.
●
Astrofísica. Estudia los cuerpos celestes que componen el
universo y sus interacciones.
●
Óptica. Analiza los fenómenos de la luz, su
comportamiento e interacción con los objetos.

El método científico
El método científico es un conjunto de procedimientos que
debe seguirse en toda investigación científica para asegurar
su objetividad. Para aplicarlo el investigador debe:
●
Centrar su atención en los fenómenos de forma reiterada,
precisa y ordenada; es decir, debe aplicar la observación.
●
Plantear una posible explicación al fenómeno observado;
o, lo que es lo mismo, proponer una hipótesis.

Continuación...
●
Provocar la manifestación del fenómeno, bajo unas
condiciones previamente establecidas y el control de las
variables principales por parte del científico, con la
finalidad de establecer la veracidad o falsedad de la
hipótesis. A esto se le llama experimentación.
●
Formular ideas basadas en la interpretación de resultados
de la experimentación; es decir, sacar conclusiones.
●
Contrastar las conclusiones obtenidas con la hipótesis;
si ambas son congruentes, la hipótesis es válida, de lo
contrario, la hipótesis debe ser descartada o reformulada.

Método hipotético deductivo vs lógico inductivo
El método científico puede seguir una de dos vertientes: el
método hipotético deductivo o el método lógico inductivo.
El método lógico inductivo analiza casos particulares para
elaborar la hipótesis.
Por ejemplo: observamos que gran parte de los casos en que
no se redujo la velocidad antes de entrar en una curva
terminaron en accidentes; y, a partir de este hecho,
inducimos que siempre debemos desacelerar al tomar
curvas.

Continuación...
El método hipotético deductivo parte de antecedentes y de
hipótesis ya comprobadas, sean estas teorías o leyes, para
explicar los fenómenos observados.
Por ejemplo: observamos un objeto luminoso que describe
una trayectoria elíptica y tiene un halo. Consultamos un libro
de astronomía y vemos que los cometas son luminosos,
orbitan alrededor del Sol, tienen trayectorias elípticas y dejan
un rastro visible en forma de "cola"; como el cuerpo celeste
que vimos se ajusta a esta definición, entonces lo que vimos
fue un cometa.

Continuación...
Gran parte del trabajo científico consiste en la producción de
nuevos conocimientos para explicar los fenómenos. Para tal
fin, los científicos deben observar tales fenómenos
directamente, reproducirlos o representarlos con modelos.
Los conocimientos producidos como parte del trabajo
científico pueden convertirse en leyes, teoría ó principios.

Modelo científico
En ciencias se conoce como modelo la representación
abstracta o gráfica de un fenómeno. Los modelos científicos son
muy útiles para el estudio y comprensión de aquellos fenómenos
que, por diversas razones, tales como su duración (millones de
años, por ejemplo) o sus dimensiones (demasiado pequeños o
demasiado grandes), no pueden reproducirse, ni observarse con
todos sus detalles en un laboratorio. Estas representaciones
pueden consistir en esquemas, maquetas, etc.
Algunos fenómenos que han requerido de modelos para ser
comprendidos y explicados son: la estructura de un átomo, la
tectónica de placas, el movimiento de los astros.

Leyes y teorías científicas
Una ley científica es una hipótesis ya confirmada que establece
la relación existente entre las variables estudiadas.
Las leyes pueden exponerse en forma de descripciones, tal y
como ocurre con la primera de las tres leyes de Johannes Kepler
sobre el movimiento de los planetas: Los planetas giran
alrededor del Sol describiendo órbitas elípticas.
En algunas ocasiones las leyes pueden traducirse en fórmulas
matemáticas; esto ocurre con la mayoría de las leyes de la física y
de la química, como la segunda de las tres leyes de Newton sobre
el movimiento: La aceleración de un cuerpo es directamente
proporcional a la fuerza neta aplicada al mismo.

Continuación...
Esta ley puede resumirse en la fórmula siguiente:
F = ma
Donde “F” es la fuerza neta aplicada al cuerpo, “m” es la masa
del cuerpo sobre el cual se aplica la fuerza y “a” la aceleración
que adquiere.
A veces se puede producir una explicación de porqué se
cumplen una o varias leyes científicas. Esta explicación es una
teoría científica. Una teoría pasa a ser de este modo una
explicación razonable de varias leyes relacionadas; Como en el
caso de la teoría cinética, que se formuló a partir de las leyes de
los gases.

Los principios
Los principios son proposiciones que se cumplen en el
universo completo y para varias disciplinas científicas. Por
ejemplo, el primer principio de la termodinámica establece
que, en cualquier sistema cerrado, la cantidad de energía
permanece constante, aunque se produzcan cambios en ella;
y se cumple tanto en el nivel cósmico, como en el terrestre y
atómico. Mientras las leyes de Newton sobre el movimiento
no se cumplen para aquellos cuerpos que se mueven a
velocidades cercanas a la de la luz. Por igual, la ley de
Hooke solo se aplica para pequeñas deformaciones, ya que
las grandes deformaciones alteran la elasticidad del cuerpo.

Medidas, magnitudes y unidades
¿Podrías medir el color de un objeto, su olor o su forma?
Seguramente concluirás que es imposible, debido a que
estas propiedades de la materia solamente pueden
expresarse como categorías: "su color es verde”, “La forma
del lápiz es cilíndrica”; por lo tanto, ninguna de estas
propiedades es una magnitud.
Llamamos magnitud a cualquier característica de la materia
que puede medirse, es decir que es posible de expresar con
un número y una unidad. La masa o la temperatura son
magnitudes, porque podemos expresarlas por medio de un
valor numérico y una unidad de medida: 60 kg, 30°C.

Continuación...
Medir una magnitud es compararla con una cantidad de su
misma naturaleza, que llamamos unidad, para establecer
cuántas veces la contiene. Así, por ejemplo, si nos preguntan
cuál es la altura de esta mesa, podemos preguntar también
en centímetros, en pies, en yardas o en metros.

Clasificación de magnitudes
Las magnitudes pueden clasificarse, según su relación, en
fundamentales y derivadas.
Llamamos magnitudes fundamentales a las más básicas,
que se miden directamente comparándolas con la unidad
adecuada, como la longitud, la masa y el tiempo.
Llamamos magnitudes derivadas de las que se obtienen en
función de las fundamentales, mediante fórmulas, como la
velocidad (longitud/tiempo, l/t) o la densidad (masa/volumen,
m/v).

Continuación...
Otra forma de clasificar las magnitudes es según la cantidad
de datos requeridos para expresarlas. De acuerdo con este
factor, las magnitudes pueden ser:
Escalares. Para expresar su valor, basta con indicar un
número y una unidad. Por ejemplo: la masa, el tiempo, etc.
Vectoriales. Para expresar su valor, además del número y la
unidad, hay que indicar la dirección y el sentido que actúan.
Por ejemplo: la fuerza, la velocidad, etc.

Sistemas de unidades
Es claro que existen distintas unidades para una misma magnitud
y hubo un momento en que los distintos países y regiones
tuvieron la necesidad de ponerse de acuerdo sobre cuáles de
estas adoptarían y cuáles serían descartadas; fue así como
nacieron los sistemas de unidades de medidas. Entre los sistemas
de medida utilizados en distintas épocas y vigentes aún se
encuentran el MKS, el CGS y el Sistema Técnico Inglés.
El sistema de medida más conocido y utilizado es el Sistema
Internacional (SI), llamado en otros tiempos MKS, debido a sus
tres primeras unidades (metro, kilogramo y segundo). Este
sistema se utiliza en la mayor parte de los países del mundo,
incluyendo la República Dominicana.

Los estándares
El término estándar es un préstamo lingüístico del ingles
procedente de standard, que significa en aquella lengua "de
uso común". Un estándar es, por tanto, aquello que se ha
hecho de uso frecuente. Cada unidad de medida posee un
estándar.
En la Antigüedad, dichos estándares tendían a ser
imprecisos. Ejemplos de estos los tenemos en dos unidades
de medida que se mencionan en la Biblia: el codo y el tiro
de piedra.

Continuación...
El codo era una unidad de longitud que equivalía a la
distancia entre el codo y la yema del dedo mayor; el tiro de
piedra equivalía a la distancia a la que era lanzada una
piedra.
El problema con estas medidas es que no todos tenemos los
antebrazos de la misma longitud y que la distancia a la cual
llega una piedra depende de la fuerza del lanzamiento, de la
trayectoria y de la resistencia del aire. Es por ello que surgió
la necesidad de crear estándares que fueran los mismos
para todas las medidas en que se emplearán.

¿Quiénes fijan los estándares?
Para normalizar su trabajo y compartir información entre
ellos, los científicos europeos del siglo XIX tuvieron la
necesidad de ponerse de acuerdo acerca de las unidades de
medida que iban a utilizar en lo adelante. Esto se sumaba al
interés de los gobiernos y de la población en general de
regular las actividades comerciales, lo cual resultaba muy
difícil de lograr con estándares de medida distintos en cada
región y en cada país.

Continuación...
En respuesta a estas necesidades se creó en París, en 1871, la
Comisión Internacional del Metro, renombrada Convención del Metro
en 1875. Los 17 países europeos firmantes de este tratado acordaron
las unidades de medida que se utilizarían en adelante en toda Europa,
además de sus estándares.
En 1960, durante la XI Conferencia General de Pesas y Medidas, se
instituyó el Sistema Internacional de Unidades. Desde entonces, los
estándares de las principales unidades de medida del Sistema
Internacional son establecidos por la Oficina Internacional de Pesas y
Medidas, cuya sede se encuentra en Sèvres (Francia). Esta institución
tiene también la autoridad de convocar anualmente al Comité
Internacional de Pesas y Medidas, formado por 18 representantes de
los Estados miembros de la Convención del Metro.

Tarea 2. Investiga
 ¿En qué consiste el principio de Arquímedes y cómo
podemos comprobarlo?
 ¿En qué consiste el principio de Pascal y cuáles
aplicaciones posee?
 Ley de conservación de la energía
 Ley de gravitación universal (Isaac Newton).

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