UNIDAD 1. EL MÉTODO CIENTÍFICO

PROGRAMACIÓN DIDÁCTICA 2º E.S.O. FISICA Y QUIMICA

Aránzazu 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.

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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,

hipótesis se acepta como buena.

la En

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

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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, Kbjeto 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

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tiempo en llegar al suelo.

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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:

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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:

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

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?

Observa la imagen que tienes debajo e intenta hacer una representación gráfica de la misma forma.

Pincha en el link para que te envíe a una hoja de cálculo.

https://docs.google.com/spreadsheets/d/15EVagtjInDX1ryi7sPm6mLBvEvjCc0Yl_alA2ofTc Vs/edit?usp=sharing

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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.

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.

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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.

El nombre de sistema internacional de unidades deriva del francés y es el heredero del antiguo SMD. Al principio solo ser reconocieron 6 unidades básicas, más adelante fue añadido el mol. Una de sus ventajas es que sus unidades están muy bien definidas ya que se basan en fenómenos físicos fundamentales,

esto

hace

más

fácil

la

comunicación, mundialmente, tanto en la ciencia como en el comercio.

Solo hay 3 países en el

mundo que en su legislación no han adoptado el SI: Birmania, Liberia y Estados Unidos.

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

2,99792458.10

0,0028978

2,8978.10

8

-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 2

3

(m/s), la presión (Pa), la fuerza (N), la superficie (m ), el volumen (m ).

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Además del uso de múltiplos y submúltiplos, cuando manejamos números muy grandes o muy pequeños, existe una herramienta matemática que nos permite escribirlos de forma más sencilla.

Usamos la notación científica como ya te hemos explicado antes. Mira estos dos ejemplos:

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4. “CAMBIO DE UNIDADES. FACTORES DE CONVERSIÓN” Los factores de conversión nos simplifican mucho la vida y nos ayudan a trabajar con notación científica sea cual sea la magnitud que tengamos delante. Si siempre actuar de la misma forma pronto aprenderás a trabajar con dichos factores y no te resultara nada nada difícil. Mira los pasos que debemos seguir para realizar un cambios de unidades van a ser los siguientes: !

Vemos las unidades que tenemos y a cuales queremos llegar.

!

Se crean factores de valor unidad (importantísimo), el valor del numerador y del denominador debe ser igual. Para ello debemos colocar ene l numerador y en el denominador las unidades de forma que se anulen las unidades antiguas y se queden las nuevas.

!

Se eliminan las unidades que aparecen en el numerador y en el denominador

!

Se hacen las operaciones matemáticas para simplificar.

Observa los ejemplos que te planteo a continuación y resuelve los siguientes tu solo para ver como vas, no dudes en preguntar.

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" MEDIDAS DE VELOCIDAD

" MEDIDAS DE DENSIDAD (si sigues teniendo dudas acude a las hojas de refuerzo de la Classroom)

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2.- Resuelve mediante factores de conversión y da el resultado en unidades del SI. Utiliza notación científica: a) 20 km/min= 2

d) 63,5 cm =

3

b) 70 cm =

c) 1,3 g/ml= 3

e) 0,8 g/cm =

f) 120 km/h=

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5. “EL LABORATORIO”. MEDIDAS DE SEGURIDAD Y PICTOGRAMAS Esta parte del tema la vamos a hacer directamente en el LABORATORIO, para que puedas familiarizarte con los diferentes instrumentos que allí tenemos. Debes descargar el guión de la práctica 1 de la classroom o de la página web y leerlo antes del viernes que será cuando desarrollemos la práctica. https://classroom.google.com/u/0/c/ODg4OTAzNjMwOFpa/t/ODg4OTkxMTYwOFpa

IDEAS CLARAS. ¿Qué hemos aprendido?

ACTIVIDADES. Ejercicios de Repaso y Síntesis

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TRABAJA CON DOCUMENTOS 1 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

astronómicas la

en

unidades

distancia existente

entre la Tierra y el Sol.

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TRABAJA CON DOCUMENTOS 2 “El pintalabios asesino”

1. Resume el texto en unas pocas líneas.

2. Explica las siguientes frases: a. La búsqueda de estos metales no es la cuestión, si no la cantidad que aparece de cada uno de ellos. b. Los autores del estudio creen que no es necesario tirar el brillo de labios a la basura. c.

En la Unión Europea se considera que el cadmio, el cromo y el plomo son ingredientes inaceptables en cualquier cantidad, en los productos cosméticos.

3. Según el texto qué efectos tienen elevadas cantidades de metales sobre la salud.

4. Se te ocurre alguna medida para limitar el uso de metales tóxicos en lápices de labios y otros cosméticos.

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ACTIVIDADES DE CONSOLIDACIÓN UD.1

LA SOLUCIÓN NO ES LA QUE PARECE En las tres preguntas siguientes contesta si es verdadera o falsa la afirmación y razona por qué.

1. La ciencia es capaz de explicar cualquier fenómeno. Para ello, basta con formular las hipótesis apropiadas. Tarde o temprano encontramos la forma de validarlas.

La solución no es verdadero.

2. Los alquimistas tenían razón en sus afirmaciones. Pero no podían llevar a cabo sus experiencias, ya que las transformaciones que proponían eran muy complejas para la época en que vivieron.

La solución no es verdadero 3. Todos los errores que se comentan en el proceso de medida pueden evitarse. Basta con ser cuidadosos.

La solución no es verdadero 4. ¿A cuantos milímetros equivale un kilómetro?

La solución no es 1000, ni tampoco 0,001.

5. ¿A cuantos metros cuadrados equivale un hectómetro cuadrado?

La solución no es 100, ni tampoco 1.000.000 6. ¿A cuantos metros cúbicos equivale un hectómetro cúbico?

La solución no es 100.

7. Un milímetro de sangre equivale, en unidades del sistema internacional, a…

La solución no es 1000, ni tampoco 0,001 3

8. La masa de una sustancia es igual a 200g y su volumen es de 20 cm . Por tanto, su densidad, expresada en unidades del sistema internacional, es…

La solución no es 10.

3

9. La densidad del agua es de 1000 Kg. /m . ¿Cuál será la densidad, expresada en gramos por litro?

La solución no es 1.

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En las cuatro preguntas siguientes contesta si es verdadera o falsa la afirmación y razona por qué.

10.

Sin aire no podemos vivir. La especie humana necesita esa sustancia para sus procesos

vitales. Interesa, por tanto, que no este contaminada. Debemos procurar que el aire se mantenga como sustancia pura.

La solución no es verdadero, pero la razón de ello no es biológica, sino química.

11. El hormigón que se utiliza en construcción es una mezcla homogénea. Si no fuese así, las casas se caerían.

La solución no es Verdadero.

12.

El agua que sale del grifo es una sustancia pura.

La solución no es “verdadero” 13.

Los componentes de una mezcla siempre pueden separarse por completo. Por eso es una

mezcla.

La solución no es verdadero.