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01 El método científico y sus fases, La ciencia es un conjunto ordenado de…
01 El método científico y sus fases
1.1 OBSERVACIÓN
Para observar hay que utilizar todos los sentidos y el ingenio del investigador, y hacerlo minuciosamente y con rigor. Muchas veces es necesario utilizar instrumentos que ayuden a observar (telescopios, microscopios, detectores, etc.) o realizar medidas que nos indiquen algo más sobre el fenómeno.
1.2 BÚSQUEDA DE INFORMACIÓN
Una vez que se identifica el fenómeno a investigar, se busca información acerca del mismo. Los lugares de consulta pueden ser:
Libros o publicaciones sobre el fenómeno que se quiere estudiar.
Páginas web de entidades, como universidades o centros de investigación.
Revistas especializadas y artículos.
Pódcast científicos o grabaciones en audio de un programa disponibles en internet.
¿De dónde sale la información?
Para organizar la información obtenida se debe detallar el título de la obra, autores, fecha de publicación y resumen del contenido. En el caso de consultas a alguna web, se debe indicar cuál es la página consultada.
Actividades resueltas
1
En algunas webs se afirma que la Tierra es plana o que las vacunas no funcionan. ¿Cómo podrías distinguir entre las informaciones científicas falsas y las verdaderas?
En primer lugar, acudir a la fuente de esa información y ver qué respaldo científico tiene.
Contrastar lo que esa fuente dice con lo que confirma la comunidad científica de todo el mundo.
Si la información de esa web suena a teoría conspiratoria, ponerla bajo sospecha.
Buscar evidencias científicas que desmientan las informaciones falsas y prueben las verdaderas.
2
Localiza alguna publicación, revista o blog acerca de los temas siguientes:
Física y Química
Matemáticas
Geología
Biología
Por ejemplo, Estudios Geológicos, editada por el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC); www.divulgamat.net; Investigación y Ciencia, etc.
1.3 ENUNCIADO DE HIPÓTESIS
Una vez identificado el fenómeno, hay que buscar una explicación de por qué o cómo se produce el mismo. Para eso se debe plantear una hipótesis.
Una hipótesis es una suposición sobre un fenómeno.
Las hipótesis científicas deben cumplir algunas condiciones:
Deben estar enunciadas de forma clara y precisa.
Deben poder comprobarse experimentalmente para saber si son verdaderas o falsas.
Hipótesis acerca del sabor de la limonada
El sabor depende de…
…lo bonito que es el vaso.
Esta hipótesis no se puede comprobar de forma experimental porque la belleza es una cualidad no medible.
…el calibre de los limones.
…la cantidad de agua, limón y azúcar que lleva la receta.
Estas hipótesis se pueden comprobar experimentalmente, luego son hipótesis válidas, aunque habrá que ver si son ciertas o falsas mediante los experimentos adecuados.
Actividades resueltas
1
Un día, en casa, no sale agua del grifo. Enuncia tres hipótesis para explicar este hecho e indica si son válidas y por qué.
La sequía ha producido restricciones de agua.
Se ha producido una avería y la compañía de agua ha cortado el suministro.
Ha habido una contaminación del agua peligrosa para la salud y han dado aviso para no consumirla.
Las tres hipótesis son válidas porque están correctamente enunciadas y se pueden comprobar, llamando, por ejemplo, a la compañía suministradora o al Ayuntamiento.
2
Un tiesto en una vivienda se riega todas las semanas, pero no florece. Para explicarlo, ¿cuáles de las hipótesis siguientes son falsas y cuáles pueden ser verdaderas?
Tiene poca luz.
Le falta agua.
El color del tiesto es verde.
Añora a su dueño anterior.
Hay que añadir abono.
Son falsas las hipótesis c. y d., porque ninguna de estas hipótesis puede corroborarse experimentalmente.
El resto de las hipótesis están bien planteadas, pero se debe comprobar experimentalmente su validez.
1.4 EXPERIMENTACIÓN
Para comprobar si una hipótesis es verdadera o falsa hay que diseñar experimentos. El diseño de un experimento debe cumplir algunas condiciones:
La experimentación consiste en reproducir un fenómeno observado en condiciones controladas, que se puedan repetir o modificar, con el fin de explicar dicho fenómeno.
Experimento con la limonada
Se quiere comprobar la hipótesis siguiente: las limonadas saben diferente porque tienen distinta cantidad de limón. Para comprobarlo, se realiza este experimento:
1
Tomamos tres vasos con la misma cantidad de agua y azúcar.
2
Se añade al primer vaso el zumo de un limón; al segundo, el zumo de dos limones y al tercero, el zumo de tres limones.
3
Se prueban las tres limonadas y se anotan los datos.
El sabor es ácido.
El sabor es ácido.
El sabor es muy ácido.
El sabor es muy ácido.
El sabor es demasiado ácido.
El sabor es demasiado ácido.
La conclusión es que la limonada sabe más ácida cuanto mayor es la cantidad de limón.
En los experimentos se suele trabajar con solo dos magnitudes variables, para poder estudiar cómo varía una en función de la otra, mientras que las demás se dejan fijas.
Control y variable
Llamamos control a la cantidad de agua y azúcar, que es la misma cantidad en los tres vasos, y variable a la cantidad de limón, que cambia de un vaso a otro.
Actividad resuelta
Supón que en un experimento con limonada se cambiaran todas las variables: cantidad de agua, número de limones utilizados y cantidad de azúcar añadida, ¿sería correcto el experimento para comprobar si la cantidad de limón influye en el sabor? ¿Se podrían sacar conclusiones de él?
No, porque no sabríamos cuál es la variable que ha influido en los datos obtenidos.
1.5 INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS
Es necesario anotar y clasificar los datos y resultados del experimento con el fin de analizarlos y ver si la hipótesis era o no correcta.
Los datos se suelen organizar en tablas y se representan en gráficos.
Tablas de datos: constan de filas y columnas en las que se indican los valores de las distintas magnitudes.
Gráficos: representan los datos. Pueden ser de distintos tipos: de sectores, de barras o en ejes de coordenadas.
Gráfico de sectores: es un círculo dividido en porciones proporcionales al tanto por ciento representado.
Gráfico de sectores: es un círculo dividido en porciones proporcionales al tanto por ciento representado.
Gráfico de barras: son barras con alturas proporcionales al tanto por ciento de los valores que se representan.
Gráfico de barras: son barras con alturas proporcionales al tanto por ciento de los valores que se representan.
Estudio de los resultados
Se ha realizado un experimento para estudiar la cantidad de azúcar que se puede disolver en la limonada en función de la temperatura a la que se encuentra.
Se construye una tabla de datos con los valores disponibles:
Actividad resuelta
En un terreno se toman varias muestras de arena y se mide la masa y el volumen de cada una, dando como resultado que la densidad de esa arena es de 5,5 g/cm3. Ordena en una tabla estos datos, tomados por parejas, como corresponde:
m: 165 g, 275 g, 330 g, 220 g; V: 40 cm3, 30 cm3, 60 cm3, 50 cm3.
Como la densidad es 𝑑=𝑚𝑉, cada par de valores de masa y volumen tiene que cumplir esa relación. Por ejemplo, para V = 30 cm3 → m = d · V = 5,5 g/cm3 · 30 cm3 = 165 g.
De modo que:
1.6 ENUNCIADO DE LEYES
Cuando una hipótesis se comprueba experimentalmente se convierte en una ley.
Una ley es una hipótesis confirmada experimentalmente.
Las leyes científicas pueden ser de dos tipos:
Ley cualitativa, es la que se puede definir mediante un enunciado verbal o escrito, pero no se puede expresar con números. Por ejemplo, la ley de inercia.
Ley cuantitativa, es la que se puede expresar con números y, por tanto, responde a un enunciado, a una fórmula matemática y a una representación gráfica. Por ejemplo, la ley de Ohm.
TEORÍAS Y MODELOS
Una teoría es una ley amplia que abarca muchos hechos referidos a un mismo fenómeno. Por ejemplo, la teoría de la evolución de Darwin explica muchos hechos referidos a cómo han cambiado las especies en la Tierra durante millones de años.
Las teorías deben explicar los hechos que se relacionan con un fenómeno; si no explican alguno de esos hechos, no son teorías válidas.
A veces hace falta explicar con imágenes algo que no se puede ver o que es difícil de imaginar. En este caso se usan los modelos.
Modelos y datos
Nunca hemos visto el interior de la Tierra, pero los datos disponibles nos permiten dibujar un modelo que lo describe así:
Actividad resuelta
La cantidad de azúcar disuelta en una limonada crece si aumenta la temperatura a la que se disuelve, y lo hace de forma lineal. Esa propiedad de disolverse se conoce como solubilidad de una sustancia.
Conociendo esta relación entre la solubilidad y la temperatura, intenta enunciar una ley sobre este fenómeno.
¿Será una ley cualitativa o cuantitativa?
¿Podrías representar mediante un modelo lo que sucede en la limonada a nivel molecular?
La ley que se puede definir es: la solubilidad del azúcar en la limonada es directamente proporcional a la temperatura a la que se disuelve.
Será una ley cuantitativa, porque se puede expresar con números.
El modelo se podría representar mediante un gráfico en el que se observa cómo las moléculas de azúcar se disuelven en el agua.
1.7 INFORME CIENTÍFICO
Por último, hay que dar a conocer a la comunidad científica y a la sociedad las conclusiones de los trabajos realizados, mediante un documento llamado informe científico.
El informe científico debe cumplir algunas características:
Debe estar redactado de forma clara y precisa.
Debe describir las técnicas y los procedimientos utilizados para que otros científicos lo puedan reproducir o verificar.
Debe servir como una fuente de información para realizar nuevas investigaciones.
Debe ser original y aportar algo nuevo.
El informe científico puede constar de las siguientes partes:
1
Portada
Título del trabajo, autores, lugar y fecha de realización.
2
Índice
3
Resumen o abstract
Síntesis del trabajo realizado.
4
Objetivo
Qué se pretende conseguir con el trabajo y por qué se ha realizado el estudio. Hipótesis que se intenta demostrar.
5
Materiales y productos
Qué se utiliza y en qué cantidades en los experimentos.
6
Procedimiento
Método seguido para realizar la experiencia.
7
Resultados y conclusiones
Se analizan los resultados obtenidos.
8
Bibliografía
Todas las obras de consulta (artículos científicos, recursos informáticos, libros, etc.) que han servido de ayuda para la realización del trabajo.
9
Agradecimientos
A las personas u organismos que han ayudado a realizar el trabajo.
Investigación científica y sociedad
La investigación científica ha hecho que nuestra vida sea más confortable porque:
Ha creado medicamentos capaces de curar un gran número de enfermedades.
La agricultura es, actualmente, más eficaz y menos trabajosa.
Se han desarrollado la electrónica y los electrodomésticos.
Se han generalizado la informática y su relación con las comunicaciones.
Han crecido la industria textil, del vidrio o del petróleo.
Se investiga en nuevas fuentes de energía y sobre nuevos materiales.
Actividades resueltas
1
En 1998 se publicó, en la prestigiosa revista científica The Lancet, un artículo de Andrew Wakefield que relacionaba las vacunas con el autismo que sufrían algunos niños. Investiga qué sucedió con ese artículo y qué consecuencias tuvo su publicación.
El artículo resulto ser un fraude de su autor, Wakefield, pues utilizó datos falsos en el procedimiento de las investigaciones que publicó. La revista tuvo que retirarlo y desmentir su veracidad, pero la mentira causó graves daños en las tasas de vacunación mundiales.
2
¿Qué dos magnitudes básicas intervienen en la magnitud velocidad? ¿Y qué unidades?
En la definición de la velocidad intervienen el espacio y el tiempo. Las unidades básicas que intervienen son metros y segundos.
Pódcast científicos o grabaciones en audio de un programa disponibles en internet.
¿De dónde sale la información?
Para organizar la información obtenida se debe detallar el título de la obra, autores, fecha de publicación y resumen del contenido. En el caso de consultas a alguna web, se debe indicar cuál es la página consultada.
Actividades resueltas
1
En algunas webs se afirma que la Tierra es plana o que las vacunas no funcionan. ¿Cómo podrías distinguir entre las informaciones científicas falsas y las verdaderas?
En primer lugar, acudir a la fuente de esa información y ver qué respaldo científico tiene.
Contrastar lo que esa fuente dice con lo que confirma la comunidad científica de todo el mundo.
Si la información de esa web suena a teoría conspiratoria, ponerla bajo sospecha.
Buscar evidencias científicas que desmientan las informaciones falsas y prueben las verdaderas.
2
Localiza alguna publicación, revista o blog acerca de los temas siguientes:
Física y Química
Matemáticas
Geología
Biología
Por ejemplo, Estudios Geológicos, editada por el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC); www.divulgamat.net; Investigación y Ciencia, etc.
1.3 ENUNCIADO DE HIPÓTESIS
Una vez identificado el fenómeno, hay que buscar una explicación de por qué o cómo se produce el mismo. Para eso se debe plantear una hipótesis.
Una hipótesis es una suposición sobre un fenómeno.
Las hipótesis científicas deben cumplir algunas condiciones:
Deben estar enunciadas de forma clara y precisa.
Deben poder comprobarse experimentalmente para saber si son verdaderas o falsas.
Hipótesis acerca del sabor de la limonada
El sabor depende de…
…lo bonito que es el vaso.
Esta hipótesis no se puede comprobar de forma experimental porque la belleza es una cualidad no medible.
…el calibre de los limones.
…la cantidad de agua, limón y azúcar que lleva la receta.
Estas hipótesis se pueden comprobar experimentalmente, luego son hipótesis válidas, aunque habrá que ver si son ciertas o falsas mediante los experimentos adecuados.
Actividades resueltas
1
Un día, en casa, no sale agua del grifo. Enuncia tres hipótesis para explicar este hecho e indica si son válidas y por qué.
La sequía ha producido restricciones de agua.
Se ha producido una avería y la compañía de agua ha cortado el suministro.
Ha habido una contaminación del agua peligrosa para la salud y han dado aviso para no consumirla.
Las tres hipótesis son válidas porque están correctamente enunciadas y se pueden comprobar, llamando, por ejemplo, a la compañía suministradora o al Ayuntamiento.
2
Un tiesto en una vivienda se riega todas las semanas, pero no florece. Para explicarlo, ¿cuáles de las hipótesis siguientes son falsas y cuáles pueden ser verdaderas?
Tiene poca luz.
Le falta agua.
El color del tiesto es verde.
Añora a su dueño anterior.
Hay que añadir abono.
Son falsas las hipótesis c. y d., porque ninguna de estas hipótesis puede corroborarse experimentalmente.
El resto de las hipótesis están bien planteadas, pero se debe comprobar experimentalmente su validez.
1.4 EXPERIMENTACIÓN
Para comprobar si una hipótesis es verdadera o falsa hay que diseñar experimentos. El diseño de un experimento debe cumplir algunas condiciones:
La experimentación consiste en reproducir un fenómeno observado en condiciones controladas, que se puedan repetir o modificar, con el fin de explicar dicho fenómeno.
Experimento con la limonada
Se quiere comprobar la hipótesis siguiente: las limonadas saben diferente porque tienen distinta cantidad de limón. Para comprobarlo, se realiza este experimento:
1
Tomamos tres vasos con la misma cantidad de agua y azúcar.
2
Se añade al primer vaso el zumo de un limón; al segundo, el zumo de dos limones y al tercero, el zumo de tres limones.
3
Se prueban las tres limonadas y se anotan los datos.
El sabor es ácido.
El sabor es ácido.
El sabor es muy ácido.
El sabor es muy ácido.
El sabor es demasiado ácido.
El sabor es demasiado ácido.
La conclusión es que la limonada sabe más ácida cuanto mayor es la cantidad de limón.
En los experimentos se suele trabajar con solo dos magnitudes variables, para poder estudiar cómo varía una en función de la otra, mientras que las demás se dejan fijas.
Control y variable
Llamamos control a la cantidad de agua y azúcar, que es la misma cantidad en los tres vasos, y variable a la cantidad de limón, que cambia de un vaso a otro.
Actividad resuelta
Supón que en un experimento con limonada se cambiaran todas las variables: cantidad de agua, número de limones utilizados y cantidad de azúcar añadida, ¿sería correcto el experimento para comprobar si la cantidad de limón influye en el sabor? ¿Se podrían sacar conclusiones de él?
No, porque no sabríamos cuál es la variable que ha influido en los datos obtenidos.
1.5 INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS
Es necesario anotar y clasificar los datos y resultados del experimento con el fin de analizarlos y ver si la hipótesis era o no correcta.
Los datos se suelen organizar en tablas y se representan en gráficos.
Tablas de datos: constan de filas y columnas en las que se indican los valores de las distintas magnitudes.
Gráficos: representan los datos. Pueden ser de distintos tipos: de sectores, de barras o en ejes de coordenadas.
Gráfico de sectores: es un círculo dividido en porciones proporcionales al tanto por ciento representado.
Gráfico de sectores: es un círculo dividido en porciones proporcionales al tanto por ciento representado.
Gráfico de barras: son barras con alturas proporcionales al tanto por ciento de los valores que se representan.
Gráfico de barras: son barras con alturas proporcionales al tanto por ciento de los valores que se representan.
Estudio de los resultados
Se ha realizado un experimento para estudiar la cantidad de azúcar que se puede disolver en la limonada en función de la temperatura a la que se encuentra.
Se construye una tabla de datos con los valores disponibles:
Actividad resuelta
En un terreno se toman varias muestras de arena y se mide la masa y el volumen de cada una, dando como resultado que la densidad de esa arena es de 5,5 g/cm3. Ordena en una tabla estos datos, tomados por parejas, como corresponde:
m: 165 g, 275 g, 330 g, 220 g; V: 40 cm3, 30 cm3, 60 cm3, 50 cm3.
Como la densidad es 𝑑=𝑚𝑉, cada par de valores de masa y volumen tiene que cumplir esa relación. Por ejemplo, para V = 30 cm3 → m = d · V = 5,5 g/cm3 · 30 cm3 = 165 g.
De modo que:
1.6 ENUNCIADO DE LEYES
Cuando una hipótesis se comprueba experimentalmente se convierte en una ley.
Una ley es una hipótesis confirmada experimentalmente.
Las leyes científicas pueden ser de dos tipos:
Ley cualitativa, es la que se puede definir mediante un enunciado verbal o escrito, pero no se puede expresar con números. Por ejemplo, la ley de inercia.
Ley cuantitativa, es la que se puede expresar con números y, por tanto, responde a un enunciado, a una fórmula matemática y a una representación gráfica. Por ejemplo, la ley de Ohm.
TEORÍAS Y MODELOS
Una teoría es una ley amplia que abarca muchos hechos referidos a un mismo fenómeno. Por ejemplo, la teoría de la evolución de Darwin explica muchos hechos referidos a cómo han cambiado las especies en la Tierra durante millones de años.
Las teorías deben explicar los hechos que se relacionan con un fenómeno; si no explican alguno de esos hechos, no son teorías válidas.
A veces hace falta explicar con imágenes algo que no se puede ver o que es difícil de imaginar. En este caso se usan los modelos.
Modelos y datos
Nunca hemos visto el interior de la Tierra, pero los datos disponibles nos permiten dibujar un modelo que lo describe así:
Actividad resuelta
La cantidad de azúcar disuelta en una limonada crece si aumenta la temperatura a la que se disuelve, y lo hace de forma lineal. Esa propiedad de disolverse se conoce como solubilidad de una sustancia.
Conociendo esta relación entre la solubilidad y la temperatura, intenta enunciar una ley sobre este fenómeno.
¿Será una ley cualitativa o cuantitativa?
¿Podrías representar mediante un modelo lo que sucede en la limonada a nivel molecular?
La ley que se puede definir es: la solubilidad del azúcar en la limonada es directamente proporcional a la temperatura a la que se disuelve.
Será una ley cuantitativa, porque se puede expresar con números.
El modelo se podría representar mediante un gráfico en el que se observa cómo las moléculas de azúcar se disuelven en el agua.
1.7 INFORME CIENTÍFICO
Por último, hay que dar a conocer a la comunidad científica y a la sociedad las conclusiones de los trabajos realizados, mediante un documento llamado informe científico.
El informe científico debe cumplir algunas características:
Debe estar redactado de forma clara y precisa.
Debe describir las técnicas y los procedimientos utilizados para que otros científicos lo puedan reproducir o verificar.
Debe servir como una fuente de información para realizar nuevas investigaciones.
Debe ser original y aportar algo nuevo.
El informe científico puede constar de las siguientes partes:
1
La ciencia es un conjunto ordenado de conocimientos objetivos y verificables experimentalmente.
El método científico es la forma de trabajo que utilizan los científicos para investigar los fenómenos que se producen en la naturaleza.