Metodo Cientifico

.- El método científico.

Aunque algunos de los más célebres descubrimientos científicos se han debido en buena parte a la casualidad, en general, la actividad de un científico exige una gran capacidad de trabajo, dedicación y esfuerzo, unido todo ello a unas buenas dotes intelectuales e imaginación.

Cabe hacer la siguiente pregunta: ¿Sigue un científico un esquema de trabajo fijo? Y si es así, ¿cuáles son los pasos seguidos en dicho trabajo para obtener unas conclusiones?

La respuesta a esta pregunta es que no existe un único método de trabajo seguido por todos los científicos, si bien si podemos afirmar que todo trabajo científico sigue un esquema general al que denominamos MÉTODO CIENTÍFICO, cuyas etapas se recogen en la figura 1 y se comentan a continuación.

Figura 1. Etapas del Método Científico.

Todo comienza con el PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. Éste puede ser debido a la necesidad de comprender un hecho observado (Problema nuevo: caída de los cuerpos) o surgir para dar respuesta a una situación de tipo técnico (Problema existente: curación del sida).

En cualquier caso el planteamiento del problema debe ser lo más concreto posible, es decir, su enunciado deber contener la mayor información posible, de forma que ya desde el principio quede claro el camino a seguir en etapas posteriores. En esta etapa es muy importante la OBSERVACIÓN, entendiendo que observar debe conducir a plantear preguntas sobre los fenómenos que percibimos, es decir, sentir curiosidad por el entorno que nos rodea.

Indicar, por último, que cuando un fenómeno es complejo o común al comportamiento de varios sistemas, los científicos utilizan MODELOS, eliminando factores poco importantes, que simplifican el estudio y generalizan los resultados (Ejemplo: el gas ideal).

Una vez planteado el problema se pasa a la segunda fase de RECOGIDA DE DATOS. Esta etapa tiene verdadero sentido cuando el planteamiento del problema no es muy claro y no permite hacerse una idea de cual puede ser su solución. La recogida de datos se lleva a cabo, fundamentalmente, a través de MEDIDAS, aunque también se puede basar en la revisión de trabajos anteriores.

Como puede verse en el esquema con los nuevos datos obtenidos se puede volver a la etapa inicial y plantear de nuevo el problema de forma más clara.

La siguiente etapa es la elaboración o FORMULACIÓN DE HIPÓTESIS, definiéndose éstas como:

: Ideas, conjeturas o respuestas dadas a las preguntas formuladas en el planteamiento de un problema, que pueden ser soluciones para el mismo.

Generalmente, los científicos elaboran varias hipótesis para solucionar un problema, aunque no todas ellas sirvan para resolverlo.

Las hipótesis se pueden clasificar en válidas y no válidas: Las primeras son aquellas que se pueden comprobar experimentalmente y en ellas intervienen factores que se pueden medir (masa, tiempo, altura…), mientras que en las segundas están implicados factores cuya estimación sólo es cualitativa (daño, cariño…). A su vez, las hipótesis válidas se pueden ser verdaderas (si solucionan el problema) o falsas (si no cumplen lo que se establece en su enunciado y no resuelven el problema).

Figura 2. Clasificación de las hipótesis.

Por tanto, nos interesan las hipótesis válidas verdaderas, que pueden ser una sólo o varias las que resuelvan el problema inicial.

Para saber si una hipótesis es verdadera, etapa de COMPROBACIÓN DE HIPÓTESIS, se recurre a la EXPERIMENTACIÓN, que consiste en observar el fenómeno que estudiamos en repetidas ocasiones, preparando previamente las condiciones y circunstancias más adecuadas para hacer posible dicha comprobación y manteniendo siempre constantes esas condiciones.

Esta fase de experimentación comprende las siguientes operaciones:

 Diseño y montaje de experimentos.

 Recogida de datos.

 Medida de magnitudes.

En esta etapa es muy importante el análisis de los resultados, dado que cuando se termina un experimento, se dispone de una serie de medidas y datos. El análisis para comprobar si la hipótesis es verdadera o falsa se puede llevar a cabo mediante:

 Elaboración de tablas de valores.

 Representaciones gráficas.

 Deducción de ecuaciones matemáticas.

En el apartado 1.8 se recogen varios ejemplos donde se estudian tendencias observadas en una tabla de datos, se elaboran gráficos y se deducen ecuaciones a partir de los mismos.

Una vez comprobadas las hipótesis consideradas para la resolución del problema planteado al inicio se debe pasar a la última etapa de CONCLUSIONES. En este punto se debe elaborar un informe que recoja, lo más detalladamente posible, todo el proceso seguido, tanto si se ha llegado a la solución del problema como si no. Así, se debe exponer los datos utilizados, las hipótesis consideradas, la experimentación llevada a cabo y un razonamiento claro de la validez de cada hipótesis.

Cuando una de las hipótesis contempladas resulta ser válida y además explica un número elevado de hechos naturales, adquiere el rango de ley:

: Regla universal a la que están sujetos los fenómenos de la naturaleza, relación constante entre términos. Ejemplos: ley de la gravedad, leyes de Kepler.

y, si además, son varias las hipótesis, consideradas leyes, que sirven para resolver el problema, al conjunto de ellas, se les denomina TEORÍA:

: Conjunto organizado de principios, reglas o leyes de carácter científico que explican unos hechos.

1.2.- MEDIDA DE MAGNITUDES.

En el apartado anterior se ha puesto de manifiesto la importancia de la medida en todo proceso científico. Ya en las primeras etapas del método científico se le da a la medida, junto con la observación, gran importancia.

Pero antes de abordar el proceso de medida deben quedar claros algunos conceptos, además del de medida, por ejemplo, que se va a medir.

Se puede definir medida como:

: El proceso de comparación de una magnitud con otra similar, llamada unidad, para averiguar cuantas veces la contiene.

Para entender correctamente la definición anterior se debe aclarar que se entiende por magnitud (física):

: Una magnitud física es toda propiedad de los cuerpos que se pueda medir.

y por unidad de medida:

: Es la cantidad que se adopta como patrón para comparar con ella cantidades de la misma especie.

Como se deduce de las definiciones anteriores, y se indica en la figura 3 la medida se lleva a cabo sobre magnitudes físicas tales como la masa, el volumen, el tiempo...

La medida puede clasificarse en directa, si se conoce el valor de la magnitud a través de la utilización de un instrumento de medida –tiempo-, o indirecta, si para conocer ese valor hay que estimar antes otras magnitudes y posteriormente utilizar una expresión matemática.

Figura 3. El proceso de medida.

Cabe indicar, por último, que toda medida debe contener, además del valor numérico, la unidad de medida asociada a la magnitud física –las unidades de medida se agrupan en sistemas de unidades, siendo el SI al aceptado por todos los científicos-.

1.3.- MAGNITUDES FÍSICAS FUNDAMENTALES Y DERIVADAS.

Las magnitudes físicas se pueden clasificar en grupos según distintos criterios. Una posible clasificación agrupa las magnitudes físicas en:

: FUNDAMENTALES. Aquellas que son comunes a todos los cuerpos, intervienen en todos los fenómenos físicos y se pueden medir directamente. Se definen independientemente de las demás, mediante el instrumento de medida.

: DERIVADAS. Aquellas que se definen a partir de otras magnitudes, bien fundamentales, bien derivadas. En algún caso su estimación se realiza a través de expresiones matemáticas.

Ejemplo de magnitudes fundamentales, para el caso de fenómenos mecánicos, son la longitud, la masa y el tiempo. Como ejemplo de magnitudes derivadas tenemos: la velocidad, la aceleración, la fuerza, la energía....

De las definiciones anteriores se deduce otro criterio de clasificación de las magnitudes físicas basado en la forma de estimarlas: Por un lado, aquellas que se pueden medir directamente, y por otro, aquellas que se determinan de forma indirecta, midiendo otras magnitudes previamente y utilizando una fórmula matemática.

1.4.- SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES.

Como se ha indicado anteriormente, las unidades de medida son patrones que sirven para comparar magnitudes físicas, por tanto toda magnitud física lleva asociada una unidad de medida.

Para que una unidad sea considerada válida debe cumplir tres requisitos:

 Ser CONSTANTE. Significa ser igual independientemente del lugar y el momento.

 Ser UNIVERSAL. Significa ser aceptada por toda la comunidad científica.

 Ser FÁCIL DE REPRODUCIR.

Las unidades se agrupan en sistemas de unidades, siendo el SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES (SI) el utilizado por todos los científicos. En las tablas 1 y 2 se recogen distintas magnitudes fundamentales y derivadas, respectivamente, indicando la unidad asociada y los símbolos utilizados para cada una de ellas.

Tabla 1. Magnitudes físicas fundamentales y unidades de medida asociadas (SI).

Magnitud Símbolo Unidad

Longitud l metro (m)

Masa m Kilogramo (Kg)

Tiempo t segundo (s)

Temperatura T grado kelvin (K)

Intensidad de corriente I amperio (m)

Cantidad de sustancia n mol (mol)

Tabla 2. Magnitudes físicas derivadas y unidades de medida asociadas (SI).

Magnitud Símbolo Unidad SI Otras unidades

Área S m2

Volumen V m3 litro (l)

Densidad d () Kg/m3 g/l ó g/cm3

Velocidad v m/s Km/h

Aceleración a m/s2

Fuerza F N (newton)

Presión p Pa (Pascal) mmHg ó atmósfera

Energía, trabajo E, W J (Julio)

Potencia P W (vatio)

Carga eléctrica q C (coulombio)

Resistencia eléctrica R  (Ohmio)

Voltaje (ddp) V V (voltio)

En ocasiones, las magnitudes a medir son muy grandes o muy pequeñas, haciendo que se trabaje con números “poco manejables”. Para evitarlo, se utilizan múltiplos y submúltiplos de cada unidad, basados en el sistema métrico decimal, que se anteponen al nombre de dicha unidad adecuándola a lo que se va a medir. Así, por ejemplo, para medir distancias pequeñas tales como el ancho de un folio, se utiliza el centímetro, que es la centésima parte de un metro.

En la tabla 3 se recoge la mayoría de estos múltiplos y submúltiplos indicando el nombre de cada uno y su abreviatura.

Tabla 3. Múltiplos y submúltiplos válidos en el SI para adecuar unidades de medida.

Factor que multiplica a la unidad Prefijo Factor que multiplica a la unidad Prefijo

Nombre Símbolo Nombre Símbolo

1018 exa E 10-1 deci d

1015 peta P 10-2 centi c

1012 tera T 10-3 mili m

109 giga G 10-6 micro 

106 mega M 10-9 nano n

103 kilo K 10-12 pico p

102 hecto H 10-15 femto f

101 deca da 10-18 atto a

Nota: Utilizar la “regla de la escalera”: “Subir” significa dividir por diez tantas veces como escalones separen a los dos múltiplos y “bajar” significa multiplicar por diez tantas veces como escalones separen a los dos múltiplos. ¡Atención a unidades tales como m2 o m3.

1.5.- CARÁCTER APROXIMADO DE LAS MEDIDAS: ERROR ABSOLUTO Y RELATIVO.

De los ejercicios del bloque 3 de actividades de conocimientos previos se deduce que las medidas realizadas no siempre coinciden, pudiéndose plantear las preguntas siguientes: ¿Por qué ocurre esto? ¿Cuál es la medida que debe utilizarse? ¿Cuál es la medida real?

La respuesta a la primera cuestión es que en todo proceso de medida se producen errores, por ello siempre se debe realizar más de una medida. En cuanto a las otras dos cuestiones, se responden indicando que la medida utilizada debe ser la que se acerque más al valor real y, para ello, se definen el valor más probable o representativo y los errores absoluto y relativo:

: VALOR MÁS PROBABLE: Es el valor medio de todos los medidos, siendo así el que más se acerca al valor real de la medida.

: ERROR ABSOLUTO DE LA MEDIDA: Es un valor que indica cuanto se desvía una medida concreta del valor más probable. Esta desviación puede ser por defecto o por exceso.

: ERROR RELATIVO DE LA MEDIDA: Es un valor que permite conocer la precisión de la medida, es decir, es un indicador de la validez de la medida. Este valor mide el % de error cometido.

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