1_MÉTODO CIENTÍFICO.

PROGRAMACIÓN DIDÁCTICA 3º E.S.O. FISICA Y QUIMICA

Aranzazu Gasca Andréu

1. “EL MÉTODO CIENTIFICO”

Para empezar a comprender cómo trabajan los científicos, lee atentamente el texto que se te presenta en la siguiente página.

Fíjate en que al llevar a cabo experimentos, al analizarlos, se buscan las

explicaciones más simples.

PROGRAMACIÓN DIDÁCTICA 3º E.S.O. FISICA Y QUIMICA

Aranzazu Gasca Andréu

1.1 ¿Cómo trabajan los científicos?

El relato anterior describe los aspectos esenciales del trabajo de los científicos, es decir del llamado método científico. A continuación vamos a estudiar este método, que puede concretarse en tres grandes etapas.

1. Obtención de informaciones Los científicos obtienen información para sus investigaciones a través de: •

La observación de los fenómenos que ocurren en la naturaleza sin intervenir sobre ellos.

•

La experimentación, que consiste en provocar fenómenos en el laboratorio bajo condiciones controladas y en medir los datos que les interesen.

2. Búsqueda de regularidades.

Los científicos organizan y estudian con esmero la información obtenida en la etapa anterior para buscar regularidades en el comportamiento de la naturaleza. Si se encuentran esas regularidades, las expresan mediante leyes empíricas.

Las leyes resumen en pocos términos un comportamiento uniforme de la naturaleza.

A veces se

expresan en términos matemáticos.

Observa que se llega a ellas estableciendo como norma general un conjunto de observaciones o hechos individuales. Esa generalización implica riesgo de equivocarse.

Por ello, algunas leyes han resultado

erróneas y ha habido que corregirlas posteriormente.

Combinando las leyes empíricas mediante cálculos matemáticos se llega a las leyes racionales, que suelen ser de gran utilidad.

3. Explicaciones de las leyes.

Los científicos se preguntas después por las causas de las leyes y tratan de explicarlas mediante la formulación de hipótesis y teorías.

Las hipótesis y las teorías son interpretaciones personales del

científico que las propone y que, de nuevo, pueden ser erróneas.

De ellas se deriva una serie de consecuencias o predicciones que son precisos comprobar experimentalmente.

Si las predicciones se cumplen, la hipótesis se acepta como buena.

contrario, hay que corregirla o abandonarla, y buscar otra explicación mejor.

En caso

PROGRAMACIÓN DIDÁCTICA 3º E.S.O. FISICA Y QUIMICA

Aranzazu Gasca Andréu

ACTIVIDADES 1. Compara el proceder del chico del cuento con el método científico. ¿Es un buen o un mal científico? ¿Por qué?

2. ¿Se equivocó el niño con su regla cilíndrica? Piensa bien tu respuesta.

3. ¿Enuncia el chico alguna hipótesis? ¿Hace predicciones? ¿Las comprueba?

4. ¿Crees que hubiera llegado a descubrir que los periódicos arden?

5. ¿Qué diferencia hay entre una ley y una hipótesis?

6. “Las teorías pueden resultar erróneas” Explica el sentido de esta frase.

1.2 Aplicación del método científico Vamos a aplicar las etapas que acabamos de ver correspondientes al método científico con un ejemplo cotidiano: La caída de los cuerpos.

1. Observación. La observación de la naturaleza nos permite comprobar que cuando soltamos un cuerpo, éste cae hacia el suelo.

2. Experimentación. Con el fin de estudiar el fenómeno más a fondo, podemos realizar diferentes experiencias en el laboratorio midiendo el tiempo que tardan en caer distintos cuerpos en función de la altura desde la que caen.

3. Búsqueda de regularidades. Al analizar las experiencias, notamos que el tiempo de caída aumenta al incrementarse la altura desde la que cae el objeto. Además, unos objetos tardan más que otros en llegar al suelo. Por ejemplo, si soltamos desde una altura de un metro un libro y una hoja de papel, la hoja de papel tarda más tiempo en llegar al suelo.

Si realizamos medidas del espacio recorrido y el tiempo que tarde en recorrerlo, obtenemos los enunciados de la siguiente tabla. Observar que no es una dependencia lineal. Vamos a ver qué pasa cuando elevamos el tiempo al cuadro: ahora la dependencia si que es lineal.

4. Deducción de leyes empíricas. Después de analizar los datos que habremos recogido en tablas y en graficas, estamos en condiciones de enunciar una primera relación matemática entre el espacio recorrido y el tiempo de caída.

Espacio = Kbjeto * Tiempo 2

5. Causa de las leyes: Hipótesis. Supongamos que la tierra ejerce una fuerza de atracción sobre todos los objetos que caen. Además, en la ley anterior, K bjeto es una constante que, en principio, podemos suponer que depende del objeto que cae, pues, como hemos visto, hay objetos que caen más rápido que otros. Parece que la Tierra atrae con más intensidad a unos cuerpos que a otros.

6.

Comprobación de las hipótesis. Para comprobar si la hipótesis anterior es acertada,

realizamos nuevas experiencias con distintos objetos, Pero esta vez soltamos una hoja de papel situada sobre un libro, y comprobamos que ambos objetos tardan el mismo tiempo en llegar al

PROGRAMACIÓN DIDÁCTICA 3º E.S.O. FISICA Y QUIMICA

Aranzazu Gasca Andréu

suelo. Realizamos experiencias similares con otros objetos y comprobamos que la constante de la relación matemática anterior no depende de cuál es el objeto que cae. Suponemos entonces que la diferencia en la caída de los cuerpos se debe a la resistencia que ofrece el aire.

7.

Formulación de una teoría. A partir de lo anterior reescribimos la relación entre el

espacio recorrido por el objeto que cae y el tiempo transcurrido así: Espacio = K * Tiempo 2 La constante K es la misma para todos los objetos que caen en la Tierra. Como ves, el trabajo de los científicos tiene varias etapas. En algunas de ellas se formulan hipótesis que deben comprobarse experimentalmente. Y son los experimentos los que indican, en última instancia, si una hipótesis es o no correcta.

2. “ANALISIS DE DATOS” Imagina que, a partir de la observación de la caída de muchos objetos, hemos deducido que el tiempo que tardan en caer aumenta a medida que incrementamos la altura desde la cual lo soltamos A partir de esta descripción cualitativa, sin apuntar datos numéricos, poco más podríamos deducir. No podríamos responder a la pregunta: ¿al duplicar la altura desde la cual cae el objeto se duplica también el tiempo?

1.2 Tablas y gráficas Para organizar mejor la información, los científicos emplean dos recursos principales, en los que utilizan datos numéricos concretos: las tablas y las gráficas.

• Las tablas permiten organizar la información numérica. Normalmente, en una tabla se sitúan en la primera fila las magnitudes que se describen, escribiendo entre paréntesis la unidad que se ha empleado, para no tener que repetirla en cada casilla de la tabla. Esto es muy importante.

En la segunda columna escribimos 1,0 no 1. Esto quiere decir que el aparato de medida utilizado, un cronometro es capaz de medir hasta las décimas de segundo.

•

Las gráficas permiten interpretar los datos de una tabla de un solo vistazo. Si representamos gráficamente los datos del ejemplo anterior:

PROGRAMACIÓN DIDÁCTICA 3º E.S.O. FISICA Y QUIMICA

Aranzazu Gasca Andréu

Vemos que el tiempo aumenta a medida que lo hace la altura. Este resultado lo podríamos haber intuido antes de realizar la gráfica, pero para responder exactamente a la pregunta: ¿al duplicar la altura desde la cual cae el objeto se duplica también el tiempo?, tenemos que leer la gráfica. Veamos algunos ejemplos:

En el ejemplo anterior, las magnitudes relacionadas son directamente proporcionales; es decir, al duplicarse la masa de carbón también se duplica la cantidad de calor producida.

En el caso de

magnitudes directamente proporcionales, la ecuación matemática que relación ambas variables es: Y= K * X

PROGRAMACIÓN DIDÁCTICA 3º E.S.O. FISICA Y QUIMICA

Aranzazu Gasca Andréu

Donde Y= valor representado en ordenadas, X= Valor representado en abscisas, K=constante de proporcionalidad que viene medida por la pendiente de la recta. cociente entre

La pendiente se calcula como el

cualquier valor Y y su correspondiente X.

ACTIVIDADES 7.

Al margen tiene una tabla de datos acerca del coste (€) que pagamos en una gasolinera en función del volumen V (l) de combustible que echamos en el depósito.

(a) Representa estos valores en unos ejes de coordenadas adecuados. (C en ordenadas y V en abscisas) (b) ¿Cuánto cuesta el litro del combustible anterior? (c) ¿Cuánto costaría llenar un depósito de 50 Litros?

8. Cuando se deja caer una pelota desde una altura de 200m y se Mide el tiempo que tarda en pasar por distintos puntos de la vertical se obtiene la tabla 2. (a) Representa los datos en una gráfica. (b) ¿Puedes conocer la posición de la pelota a los 1,5 s de caer? (c) ¿Puedes saber la posición de la pelota a los 5 s de caer?

3. “LA MEDIDA” Observa las siguientes figuras. Sin realizar ninguna medida, señala que línea crees que es más larga.

Ahora toma una regla, mide la longitud de cada línea y anota el resultado. ¿Son iguales las dos?

Con este ejemplo pretendemos mostrarte que nuestros sentidos pueden engañarnos. Los científicos trabajan siempre con medidas realizadas con diversos instrumentos: cronómetros, reglas, probetas, balanzas, termómetros. Miden para dar resultados cuantitativos de las propiedades de la materia. Las propiedades de la materia que se pueden cuantificar se denominan magnitudes.

PROGRAMACIÓN DIDÁCTICA 3º E.S.O. FISICA Y QUIMICA

Aranzazu Gasca Andréu

3.1 Tablas y gráficas En muchos casos, la utilización de un instrumento de medida basta para determinar el valor de una magnitud. En el ejemplo anterior, la regla permite conocer la longitud de cada línea. Observa ahora otros ejemplos de medidas directas en las siguientes ilustraciones.

En todos los casos, al medir la longitud, la masa y el tiempo estamos comparando con otra magnitud que denomina unidad. Son las llamadas directas.

MEDIR CONSISTE EN COMPARA UNA MAGNITUD CON OTRA QUE LLAMAMOS UNIDAD Como has visto, hay casos en los que para medir basta con aplicar directamente un instrumento de medida. Pero otras veces eso no es suficiente y hay que realizar ciertas operaciones aritméticas. Estas medidas se llaman indirectas. Es el caso de las superficies, las velocidades y los volúmenes. En el cálculo de medidas indirectas intervienen varias magnitudes que están relacionadas.

3.2 El problema de las unidades: TODOS DE ACUERDO Ya sabes que para medir hacen falta unas unidades de mediad. ¿Qué pasaría si cada país tuviera unas unidades distintas?

Imagínate, en un mundo tan globalizado como el nuestro, seria un caos total.

Piensa un poco, por ejemplo, en las ventajas del euro para viajar por los países europeos. Por ello se ha definido un Sistema Internacional de unidades de medida (SI) aceptado por la comunidad científica mundial. Al margen tienes las unidades fundamentales de este sistema. Es posible que algunas no las comprendas bien porque no las has estudiado todavía, pero ya las irás aprendiendo.

PROGRAMACIÓN DIDÁCTICA 3º E.S.O. FISICA Y QUIMICA

Aranzazu Gasca Andréu

3.3 Múltiplos y submúltiplos. Notación científica.

Para adecuar las unidades al valor de la magnitud, en ocasiones hay que utilizar múltiplos y submúltiplos, que suelen expresarse en forma de potencias de diez.

Para realizar cálculos rápidos o para evaluar el orden de magnitud de una medida, resulta muy útil utilizar la notación científica.

299.792.458

2,99792458.108

0,0028978

2,8978.10-3

Al realizar medidas indirectas seleccionábamos magnitudes y a estas magnitudes derivadas les corresponden unas unidades también derivadas.

Las magnitudes que se obtiene por relación de varias unidades fundamentales se llaman magnitudes derivadas.

Como ejemplo tenemos la velocidad (m/s), la presión (Pa), la fuerza (N), la superficie (m2), el volumen (m3)

4. “ERRORES EN LAS MEDIDAS” REFLEXIONA: Un profesor pide a seis alumnos que midan la masa de un bombón con una balanza granatario que aprecia hasta los centigramos.

El profesor sabe que la masa de ese objeto es 18,46g. Las respuestas están en la tabla. ¿Quiénes dieron una respuesta correcta? (a) ¿Crees que la balanza o las pesas estaban mal construidas? ¿Por qué? (b) ¿Por qué el profesor estaba seguro de que la masa es 18,46g?

En la experiencia anterior, casi todos los alumnos se han equivocado desviándose del valor verdadero de la masa. ¿A que se deben estos errores? Los errores cometidos al medir se deben fundamentalmente a dos causas: •

La primera causa es el manejo incorrecto de los instrumentos de medida

por parte de la persona que realiza la experiencia.

•

La segunda causa se debe a los errores propios de los instrumentos de medida

puede ser que no esté bien calibrado, es decir, ajustado con algún valor conocido de la magnitud que mide o que no esté bien construido o que la escala no sea la apropiada. Para evitar al máximo los errores de medida con los instrumentos, es importante conocer las características de los mismos.

PROGRAMACIÓN DIDÁCTICA 3º E.S.O. FISICA Y QUIMICA

Aranzazu Gasca Andréu

4.1 El error absoluto y el error relativo.

EXPERIMENTA:

Podemos deducir que si el error lo cometemos sólo con la precisión del aparato, cuanto mayor sea la medida, menor será el error. Pero vamos a cuantificar el error. Para cuantificar el error en la medida utilizamos dos conceptos:

El error relativo multiplicado por 100 nos da el porcentaje de error y es un buen dato para conocer la calidad de una media. Ahora estamos en condiciones de cuantificar el error cometido al medir la moneda de euro y la hoja de papel.

Tomamos la precisión del aparato como error absoluto, por tanto, en los dos casos el E a es el mismo.

Calculemos el error relativo:

PROGRAMACIÓN DIDÁCTICA 3º E.S.O. FISICA Y QUIMICA

Aranzazu Gasca Andréu

Moneda de euro:

Er=Ea/Vr= 1mm/ 2mm= 0,5

Hoja de papel:

Er=Ea/Vr=1mm/297mm=0,003

Por tanto, como habíamos supuesto, cometemos mayor error al medir la moneda.

ACTIVIDADES 10. Mirar Anexo I y resolver el problema.

9. Los alumnos y alumnas de una clase han medido con un cronómetro el tiempo que tarda en caer una canica por una rampa y han obtenido los siguientes valores: 10,44s, 10,40s, 10,43s, 10,42s, 10,42s, 10,45s. (a) ¿Cuál es la precisión del cronometro utilizado? (b) Calcula el error absoluto y el relativo de cada medida. Expresa el resultado en forma de tabla. (c) ¿Cuál es entonces el error absoluto de la medida? ¿Y el error relativo? (d) Calcula el valor más probable. significativas.

Expresa el resultado con el número adecuado de cifras

PROGRAMACIÓN DIDÁCTICA 3º E.S.O. FISICA Y QUIMICA

Aranzazu Gasca Andréu

4.2 Cifras Significativas.

En la realización de una medida hay dos aspectos importantes: •

Siempre se debe expresar el resultado con el número de cifras que permita el aparato de medida. Es decir, hay que tener en cuenta la precisión.

•

De esas cifras, la última es incierta porque está afectada por el inevitable error de la precisión del instrumento de medida.

Pues, bien, llamaremos cifras significativas de una medida directa a todas aquellas que expresan correctamente el resultado de esa medida. Observa los ejemplos que aprecien en la tabla.

Cuando el cero aparece a la izquierda de la coma décima, no se considera cifra significativa. Tampoco cuando aparece tras la como decimal si delante no tiene ningún número distinto de cero.

Con frecuencia tendrás que efectuar operaciones aritméticas con número que procedan de diferentes medidas directas y, por tanto, con un numero distinto de cifras significativas. En estos casos, el criterio fundamental es comunicar exactamente lo que se conoce, ni una cifra más ni una menos.

Fíjate bien en las reglas y ejemplos siguientes: El resultado debe tener el mismo número de cifras significativas que la medida directa que menos tenga, eliminando las siguientes: Ejemplo: 3,2 m + 4,72 m = 7,92 m (dos cifras significativas), el resultado seria 7,9 m Si la primera cifra eliminada es un 5 o superior, se redondea aumentando en una unidad la última cifra significativa del resultado.

Ejemplo: Dividir 13,26 g entre 2,3 cm 3, 13,26g/2,3 cm3= 5,765217391 g/cm3, 5,8 g/cm3 dos cifras significativas.

Si en la operación que hay que realizar intervienen número exactos, no reconsideran a efectos de cifras significativas.

Ejemplo: Calcular el perímetro de un cuadrado de 12,4 cm. de lado. 12,4 * 4 = 49,6 m (tres cifras significativas) Si en la operación aparece el número π, se toma con una cifra significativa más que la de la medida que menos tenga, para que no influya en el resultado.

Ejemplo: Longitud de una circunferencia de 2,36m de radio.

L=2πr= 2 * 3,141 * 2,36 = 14,825552, 14,83m ACTIVIDADES 10. ¿Cuántas cifras significativas tienen las medidas que se indican? (a) 13,3666 g

(b) 00,15 ºC

(c) 032,10 L

(d) 1.500mg

11. En una calculadora, el resultado de cierta operación fue el siguiente: 1,52982*10 -15 ¿Cuál es la expresión correcta de ese resultado con tres cifras significativas? ¿Y con cuatro?

PROGRAMACIÓN DIDÁCTICA 3º E.S.O. FISICA Y QUIMICA

Aranzazu Gasca Andréu

IDEAS CLARAS. ¿Qué hemos aprendido?

PROGRAMACIÓN DIDÁCTICA 3º E.S.O. FISICA Y QUIMICA

Aranzazu Gasca Andréu

ACTIVIDADES. Ejercicios de Repaso y Síntesis

PROGRAMACIÓN DIDÁCTICA 3º E.S.O. FISICA Y QUIMICA

Aranzazu Gasca Andréu

PROGRAMACIÓN DIDÁCTICA 3º E.S.O. FISICA Y QUIMICA

Aranzazu Gasca Andréu

PROGRAMACIÓN DIDÁCTICA 3º E.S.O. FISICA Y QUIMICA

Aranzazu Gasca Andréu

TRABAJA CON DOCUMENTOS SUGERENCIAS PARA TRABAJAR Lee el documento de la izquierda y contesta.

1. ¿En que año se declaro obligatorio en Francia el uso del Sistema Métrico Decimal?

2.

¿Cuántos

Kilómetros

mide

el

Ecuador?

3. El periodista comete un error en una de sus preguntas. ¿Eres capaz de encontrarlo?

4.

Teniendo en cuenta los datos del

periódico, ¿Qué distancia en Km. hay entre Dunkerque y Barcelona?

Ahora

después

de

leer

el

texto

Distancias Planetarias, contesta: 5. ¿Es la unidad astronómica una unidad del SI? 6.

¿A qué magnitud corresponde la

UA? 7. Expresa en unidades del SI: (a) La distancia de Mercurio al Sol (b) La distancia de Venus al Sol 8. Expresa en unidades astronómicas la distancia existente entre la Tierra y el Sol.

PROGRAMACIÓN DIDÁCTICA 3º E.S.O. FISICA Y QUIMICA

Aranzazu Gasca Andréu