Conceptos Fundamentales de la Ciencia y la Medición Física

Conceptos Fundamentales de la Investigación Científica

Un experimento es la reproducción de un fenómeno natural o la producción de uno nuevo; se hace de manera controlada y en él se realizan ciertas medidas.

Una hipótesis es la explicación tentativa de un fenómeno, una suposición acerca de las relaciones que pudieran existir entre las variables involucradas. Las pruebas experimentales obtenidas validan o refutan las hipótesis emitidas.

Una argumentación es la justificación de una hipótesis en función de las pruebas experimentales halladas.

Un modelo es cierta representación mental o material de la estructura y el funcionamiento de un objeto o de un fenómeno.

Una ley experimental es la generalización de una serie de observaciones realizadas bajo las mismas condiciones experimentales.

Una teoría científica es un conjunto coherente de hipótesis capaz de explicar muchos fenómenos relacionados y las leyes experimentales que los describen.

Ramas Principales de la Ciencia

Las ciencias de la naturaleza son el estudio del mundo físico o natural. Entre ellas están las ciencias naturales (biología y geología) y las ciencias físicas (física y química).

Las ciencias sociales (historia, sociología, geografía, etc.) se ocupan de la cultura y la sociedad.

Física: Estudio del Universo y la Materia

La física estudia los constituyentes íntimos de la materia (átomos, partículas subatómicas y elementales) y las fuerzas fundamentales de la naturaleza (gravitatoria, electromagnética y nuclear), el movimiento, la energía y el universo.

La física ha revolucionado el transporte, las comunicaciones, la óptica y la electrónica.

Química: Composición y Transformación de Sustancias

La química estudia las propiedades, la composición, la estructura y el cambio químico de las sustancias, interpretándolo en función del comportamiento de los átomos, moléculas e iones que las constituyen. Esto permitió desarrollos tecnológicos.

La química ha permitido la síntesis de muchas sustancias, desde plásticos y fertilizantes hasta medicamentos para tratar la tuberculosis, el cáncer o el SIDA.

Medición y Magnitudes en la Ciencia

Una magnitud es cualquier propiedad que puede ser medida. La longitud, el volumen, la masa o el tiempo son ejemplos de magnitudes.

La medida de una magnitud es el resultado de comparar esta con cierta cantidad de la misma magnitud que se toma como patrón o unidad de medida. La medida de cualquier magnitud siempre viene dada por un número y una unidad.

Tipos de Magnitudes

• Las magnitudes fundamentales son las que no se pueden expresar en función de otras magnitudes, como la longitud (L), la masa (M) o el tiempo (T).
• Las magnitudes derivadas son las que se pueden expresar a partir de las fundamentales, como la superficie, el volumen o la velocidad.

Unidades de Medida

Las unidades también se pueden clasificar en fundamentales y derivadas. El metro, el kilogramo y el segundo son unidades fundamentales.

El metro por segundo (m/s), el metro cuadrado (m²) o el metro cúbico (m³) son unidades derivadas.

Factor de Conversión

Un factor de conversión es una fracción que expresa la equivalencia entre dos unidades de una misma magnitud.

Errores en la Medición Científica

Error Aleatorio o Accidental

El error aleatorio o accidental se debe a múltiples factores incontrolables que provocan variaciones entre una medición. Para minimizarlo, se repite la medida varias veces y se toma el valor medio como una estimación del valor real.

Error Sistemático

El error sistemático se debe a imperfecciones en los aparatos de medida, ya que siempre alteran la medición de la misma manera. Se corrige calibrando correctamente el instrumento o empleando otro más exacto.

Exactitud, Precisión y Sensibilidad

• La exactitud de una medida es la coincidencia entre el valor medido y el valor real. Un instrumento es exacto si al medir con él obtenemos un valor muy próximo al real.
• La precisión de una medida es la proximidad de los valores obtenidos al repetirla. Un instrumento es preciso si al repetir una medida arroja valores muy parecidos.
• La sensibilidad o resolución de un instrumento es la mínima cantidad que permite apreciar.

Magnitudes Vectoriales: Representación y Elementos

Las magnitudes vectoriales se representan mediante un vector, es decir, una flecha o segmento orientado, con los siguientes elementos:

• Origen o punto de aplicación: donde comienza o se aplica el vector.
• Extremo: la punta de la flecha.
• Módulo o intensidad: su longitud, con las unidades adecuadas.
• Dirección: la recta sobre la que se sitúa el vector.
• Sentido: hacia donde apunta la flecha.