Explorando la Ciencia: Fundamentos, Método y Precisión Experimental

La Naturaleza de la Ciencia

El objeto de estudio de la ciencia es el mundo natural, las propiedades físicas y químicas del mundo material y los seres vivos. Por eso se habla de ciencias de la naturaleza.

Características Fundamentales de la Ciencia

Para explicar el mundo natural, los científicos formulan conjeturas e hipótesis, teniendo en cuenta los conocimientos científicos de su época. Utilizan la imaginación y la creatividad.

Los enunciados de la ciencia deben ser contrastados mediante la observación y el experimento. El conocimiento científico se apoya en la experimentación. La ciencia es empírica porque se basa en hechos observados y medidos.

Los resultados son reproducibles.

Las teorías científicas pueden ser refutadas o puestas en duda si los hechos experimentales las contradicen. Si no es así, son teorías aceptables.

Actitudes Científicas Esenciales

• La necesidad de contrastar hipótesis.
• La flexibilidad ante opiniones diversas.
• La apertura a nuevas ideas.
• El rigor en la medida.

Revoluciones Científicas

Las revoluciones científicas rompen con lo conocido hasta ese momento y producen un salto en la interpretación científica del mundo natural.

El Método Científico

Los procesos que conducen al conocimiento científico pueden describirse en un orden ideal que se denomina método científico.

Pasos del Método Científico

1. Planteamiento del Problema

El primer paso es delimitar el problema, observando de forma sistemática un fenómeno o comportamiento y tratar de reproducirlo en el laboratorio, identificando las variables que intervienen en el mismo.

2. Formulación de la Hipótesis

Una hipótesis es una conjetura verosímil (sin contradicciones evidentes) que puede ser contrastada de forma experimental.

3. Comprobación de la Hipótesis

Se deben diseñar experiencias y dispositivos para conseguir las medidas necesarias. Los aparatos de medida miden las magnitudes. Después, hay que controlar variables:

• Las variables cuyos valores podemos cambiar a voluntad se denominan independientes.
• Las variables cuyos valores quedan establecidos por las anteriores se llaman dependientes.
• Las variables cuyos valores se mantienen fijos se denominan controladas.

4. Leyes y Teorías

Las leyes son hipótesis confirmadas que se representan generalmente en lenguaje matemático. Un conjunto de leyes se incluyen en un sistema coherente de conocimientos denominado teoría.

Magnitudes y Medición

Unidades de Medida Fundamentales

• El metro es la diezmillonésima parte de un cuadrante del meridiano terrestre. (Nota: Esta es una definición histórica; la definición actual es la longitud recorrida por la luz en el vacío en 1/299792458 s.)
• El kilogramo es la masa de un cilindro patrón de platino-iridio conservado en Sèvres, Francia.
• El segundo es la 1/86400 parte del día solar medio. (Nota: Esta es una definición histórica; la definición actual se basa en el átomo de cesio.)

Definiciones modernas:

• El metro es la longitud recorrida por la luz en el vacío en 1/299792458 s.
• El segundo se define a partir del periodo de una determinada radiación emitida por el átomo de cesio.

Conceptos Clave en Medición

Medir una magnitud física es comparar un valor de esa magnitud con otra cantidad de la misma que se ha elegido como unidad patrón.

• La precisión de un instrumento de medida es el valor mínimo de la magnitud que puede apreciar. Cuanto más preciso es un instrumento, más finas son las divisiones de su escala y más cifras decimales proporciona.
• La sensibilidad de un instrumento es la capacidad para detectar variaciones de la magnitud a medir.
• La incertidumbre de una medida es el máximo error con que viene afectada como consecuencia de la precisión del instrumento.

Cifras Significativas

Se llaman cifras significativas de una medida experimental a las que proporciona el instrumento de medida. Están formadas por las cifras afectadas de error más una última cifra incierta que debe estimarse.

Errores Experimentales

Tipos de Errores

• Errores sistemáticos: Tienen que ver con la forma de realizar la medida (que no pueden mejorarse).
  • Error de paralaje: Ocurre cuando un observador mira oblicuamente una escala analógica.
• Errores accidentales: Son aquellos que se producen al azar debido a causas imposibles de controlar. Se distribuyen estadísticamente en torno a la medida correcta.

Cálculo de Errores

• El error absoluto es la diferencia entre el valor de la medida (x) y el valor exacto o el más probable.
• El error relativo es el cociente entre el error absoluto y el valor exacto (estos datos no se conocen). Se calcula como el cociente entre el error absoluto y el valor hallado o el más probable. Si se multiplica el error relativo por 100, se obtiene el porcentaje de error.

La ciencia utiliza el lenguaje matemático como un medio para expresar ideas y relacionar conceptos.