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METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN CIENTÍFICA
Ing. Juan José Milón Guzmán, D.Sc.
Dirección de Investigación
Contenido:
Introducción
El Sistema Internacional de Unidades
El Método Científico
Expresión de Incertezas de Medición
Conclusiones
Actividades Universitarias
UNIVERSIDAD
INVESTIGACIÓN
TECNOLÓGICA CIENTÍFICA
EDUCACIÓN
FORMACIÓN
PERSONAL
FORMACIÓN
PROFESIONAL
EXTENSIÓN
ACTUALIZACIÓN
Investigador Activo:
formación académica,
autoaprendizaje permanente,
generación de conocimientos,
publicación regular.
Investigar:
Realizar actividades intelectuales y experimentales
de modo sistemático con el propósito de aumentar
los conocimientos sobre una determinada materia.
I N T R O D U C C I Ó N
¿Porque Investigar?
Un problema de Raíz
Enseñanza de las ciencias:
o “mera transmisión de conocimientos y la memorización de conceptos”,
el profesor elaboraba contenidos que el alumno recibía pasivamente, muchas veces con indiferencia,
"clase magistral" como paradigma, transmitía una visión de la ciencia muy dogmática, con saberes ya acabados y completos, y una fuerte carga de contenidos memorísticos.
Enseñar ciencias exige relacionar conocimientos relativos tanto a la educación como a las propias disciplinas científicas, de forma integrada y no por separado
Investigar para exigir investigar
Corrigiendo errores
I N T R O D U C C I Ó N
¿diploma de investigador?
aprender descubriendo
es el propio alumno quien aprende por sí mismo si
se le facilitan las herramientas y los procedimientos
necesarios para hacerlo,
El papel de “Orientador”
los alumnos como eje de su propio proceso de
aprendizaje científico.
¿Cuándo empezar a investigar?
I N T R O D U C C I Ó N
¿ Porque Investigar?
Generación de Conocimientos
Biblioteca Nacional
Exportación de producción Científica
Independencia Tecnológica
Participación en la Economía Mundial
Mejora de “Sueldos”
Estatus Socio-económico
Control de la Industria Local
I N T R O D U C C I Ó N
Contenido:
Introducción
El Sistema Internacional de Unidades
El Método Científico
Expresión de Incertezas de Medición
Conclusiones
-COMERCIO INTERNACIONAL
- A partir del 2025 la CEE no aceptará productos que no estén
dentro de las incertezas estándares y usando el SI.
-CALIDAD DE PRODUCTOS
- Los productos están siendo calificados en función de la
expresión de la incerteza en su medida
-TECNOLOGÍA E INVESTIGACIÓN
- Trabajo técnico-científico experimental sin análisis de
incerteza no tiene validez
- La Tecnología utilizada en Ingeniería se basa en métodos
automatizados de medición
El Sistema Internacional y las Incertezas
Unidades Base E L
S I S T E M A I N T E R N A C I O N A L
Unidad base SI Magnitud base nombre símbolo longitud metro m masa kilogramo kg tiempo segundo s corriente eléctrica amperio A temperatura termodinámica kelvin K cantidad de sustancia mol mol intensidad luminosa candela cd
• Por razones históricas, contiene un prefijo (kilo).
• Para nombres y los símbolos de múltiplos y submúltiplos decimales deben referirse al gramo "g"
Ejemplo:
10–6 kilogramo = 1 mg (1 miligramo),
Pero no: 1 kg (1 microkilogramo).
E L
S I S T E M A I N T E R N A C I O N A L
El kilogramo
La letra es tipo Romano (vertical).
En general, los símbolos de la unidad se escriben
en minúsculas, excepto "grado Celsius."
Los símbolos de la unidad son inalterados en el
plural.
Los símbolos de la unidad no son seguidos por un
punto, excepto al final de una oración.
E L
S I S T E M A I N T E R N A C I O N A L
Escritura símbolos SI
Álgebra de los Símbolos del Si
N·m ó N m.
m/s ó ó m·s-1
m/s2 ó m·s–2
pero no m/s/s
m·kg/(s3·A) ó m·kg·s–3·A–1
pero no m·kg/s3/A
ni… m·kg/s3·A.
m
s
E L
S I S T E M A I N T E R N A C I O N A L
Reglas para el uso de Prefijos del SI
Romano (vertical) sin espacio entre el símbolo del
prefijo y el símbolo de la unidad
El grupo (símbolo del prefijo y símbolo de la unidad)
constituye un nuevo símbolo
•Ejemplos:
•1 cm3 = (1·10–2 m)3 = 1·10–6 m3
•1 s–1 = (1·10–6 s)–1 = 1·106 s–1
Los prefijos compuestos no se utilizan
•Ejemplo: 1nm pero no 1 mm
Un prefijo nunca se utiliza en el aislamiento.
•Ejemplo: 106/m3 pero no M/m3
E L
S I S T E M A I N T E R N A C I O N A L
Contenido:
Introducción
El Sistema Internacional de Unidades
El Método Científico
Expresión de Incertezas de Medición
Conclusiones
Introducción
CONSIDERABLEMENTE DOGMATIZADO EN PASOS O
ETAPAS RÍGIDAS
BÁSICAMENTE…
OBSERVACIÓN (fenómeno en condiciones naturales)
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA (con posible hipótesis)
probar primero las HIPÓTESIS más simples, no considerar una
hipótesis como totalmente cierta y realizar pruebas experimentales
independientes antes de aceptar un único resultado experimental
importante
EXPERIMENTACIÓN (identificación de variables independientes
y dependientes Variable controlada), debe ser reproducible,
RESULTADOS, confirman o no las hipótesis emitidas
CONCLUSIONES
E L
MÉ T O D O
C I E N T Í F I C O
Investigación Científica y Tecnológica
INVESTIGACIÓN CIENTÍFICA
aclarar aspectos de la ciencia aun no estudiados
Generación de conocimientos
“futuros libros didácticos”
Se llama también “investigación básica”
INVESTIGACIÓN TECNOLÓGICA O APLICADA
solucionar problemas específicos
envuelve verdades e intereses locales,
contribuir a la independencia tecnológica de la región
resolver situaciones reales.
E L
MÉ T O D O
C I E N T Í F I C O
Propuesta de Investigación
¿Académico o técnico?
Breve pero precisa
Evaluador experto
Vaya directamente al asunto
Propuesta de Investigación
1. TEMA A ESCOGER
¿Que pretende abordar?
Escoger un tema significa elegir una parte delimitada de un
asunto
establecer límites o restricciones
¿De dónde?
observación de lo cotidiano,
en la vida profesional, en programas de investigación,
en contacto y relación con especialistas,
de investigaciones ya realizadas
estudio de la literatura especializada.
E L
MÉ T O D O
C I E N T Í F I C O
Propuesta de Investigación
1. ESCOGER EL TITULO
debe reflejar, lo que se desea estudiar
debe definir si es un estudio numérico o
experimental.
palabras claves que definan el tema
RESUMEN
Que se hizo
Como se hizo
Resultados obtenidos
E L
MÉ T O D O
C I E N T Í F I C O
Propuesta de Investigación…
2. INTRODUCCIÓN, PLANTEAMIENTO DEL
PROBLEMA
“el porqué” de la realización de la investigación
identificar las razones de la preferencia por el tema
escogido y su importancia en relación a otros
temas.
¿el tema es relevante?, mencionar las razones
responder que ventajas y beneficios
deberá convencer a quien fuese a leer el proyecto
E L
MÉ T O D O
C I E N T Í F I C O
Propuesta de Investigación…
3. OBJETIVOS
Lo que desea obtener como resultado(s) de su
investigación.
Cada objetivo corresponde a un resultado
importante esperado.
No confundir objetivos con procesos;
evite describir lo que va a hacer, describa lo que
desea lograr.
Evite listas interminables de ―objetivos generales
y específicos
E L
MÉ T O D O
C I E N T Í F I C O
Propuesta de Investigación…
4. MARCO TEÓRICO
conceptos importantes
conocimientos relevantes
No es igual que el levantamiento del estado de arte
E L
MÉ T O D O
C I E N T Í F I C O
Propuesta de Investigación…
5. REVISIÓN DE LITERATURA
¿ quien ya escribió y que ya fue publicado sobre el
asunto?
que aspectos ya fueron abordados?
¿cuales son las lagunas existentes en la literatura?
objetivos:
o determinar el “estado del arte”,
o hacer una revisión teórica,
o hacer una revisión empírica
o revisión histórica.
E L
MÉ T O D O
C I E N T Í F I C O
6. METODOLOGÍA
Cómo vamos a ejecutar la investigación
Explique la metodología particular que utilizará
para el logro de los objetivos,
métodos experimentales o numéricos.
modelo y procedimiento experimental
análisis de las incertezas
E L
MÉ T O D O
C I E N T Í F I C O
7. RESULTADOS ESPERADOS
Los resultados deben concordar con los objetivos
planteados.
En el caso de la investigación científica, los
resultados deben estar orientados a trabajos
anteriores o determinación de conocimiento
respecto al tema estudiado.
E L
MÉ T O D O
C I E N T Í F I C O
8. CONCLUSIONES
Concluir brevemente todo lo que se plantea en la
propuesta y los beneficios obtenidos al ejecutarla.
9. BIBLIOGRAFÍA PRELIMINAR
actualizada para reflejar el estado del arte que haya
reconstruido;
10. CRONOGRAMA
fases del trabajo,
tiempo previsto para cada una de ellas y la manera
en que se encadenan y sincronizan
no prometa demasiado ni sea notoriamente conciso.
E L
MÉ T O D O
C I E N T Í F I C O
11. PRESUPUESTO
formatos especiales
Según la naturaleza de la propuesta, otros ítems
económicos pueden ser añadidos,
Lo que demanda el nivel de la investigación es el
presupuesto
E L
MÉ T O D O
C I E N T Í F I C O
Ejecución de una Investigación Tecnológica
E L
MÉ T O D O
C I E N T Í F I C O
informes parciales y periódicos de avances
utilizar la metodología planteada
cumplir con los objetivos planteados
No salirse de la línea de investigación
Ejecución de la Investigación Científica
La investigación experimental
Carácter práctico
Planeamiento cuidadoso de los experimentos y
metodología utilizada
Análisis de incertezas
Cuidado con el presupuesto
La investigación numérica
Programa computacional
o usuario
o programador
E L
MÉ T O D O
C I E N T Í F I C O
Aspectos Importantes en la Ejecución de la Investigación Científica
Estado del Arte
Actualización constante
Como se encaja nuestro proyecto
Verificar fuentes de información
Planteamiento del Cronograma detallado
Investigaciones que empiezan con un tema, acaban
con otro, claro está, de la misma área
Cuanto tiempo disponemos ($)
Análisis de Incerteza
E L
MÉ T O D O
C I E N T Í F I C O
CONTENIDO GENERAL
Título
Autores
Resumen
Introducción y/o planteamiento del problema
Marco teórico
Levantamiento del estado del arte
Objetivos
E L
MÉ T O D O
C I E N T Í F I C O
CONTENIDO GENERAL
Alcances
Métodos y materiales (abordaje
experimental/numérico)
Reducción de datos
Resultados y análisis
Conclusiones
Recomendaciones
Referencias bibliográficas
Anexos
E L
MÉ T O D O
C I E N T Í F I C O
Tipos de publicación
Informes Técnicos
Relacionados a investigación tecnológica
No son extensos
Lenguaje acorde con las personas que lo leerán.
Uso del Sistema Internacional
Respetar las reglas de ortografía y gramática
común.
E L
MÉ T O D O
C I E N T Í F I C O
Tipos de publicación
Titulación, disertaciones y tesis
Bachiller
Titulación
Disertación
Tesis
Artículos científicos
Revistas o periódicos científicos
Actas en conferencias, congresos
revisión por pares
E L
MÉ T O D O
C I E N T Í F I C O
Artículos Científicos
Sistema Internacional
Fuentes de texto
Expresiones matemáticas
Notas de pie de pagina
Tablas
Ilustraciones
Referencias bibliográficas
Referencias a trabajos
Cuando se tiene un autor:
…Thome [2] estudió el fenómeno…
Cuando se tiene dos autores:
…Furson y Saudi [12] estudió el fenómeno…
Cuando se tiene más de dos autores:
…Person et al [2] estudió el fenómeno…
Referencias Bibliográficas
[1] M.C. Stephan, C.A. Busse, Analysis of the heat transfer
coefficient of grooved heat pipe evaporator walls,
International Journal of Heat and Mass Transfer 35 (2), 383-
391. 1992.
[2] J.R. Thome, Enhanced Boiling Heat Transfer,
Hemisphere, Washington DC, 1990.
[3] K. Nishikawa, T. Fujita, Nucleate boiling heat transfer
and its augmentation, in: J.P. Hartnett, T.F. Irvine Jr (Eds.),
Advances in Heat Transfer, vol. 20, Academic Press, New
York, pp. 1-82. 1990.
Contenido:
Introducción
El Sistema Internacional de Unidades
El Método Científico
Expresión de Incertezas de Medición
Conclusiones
Incerteza de medición
ERROR
Diferencia entre el valor verdadero y el valor medido
INCERTEZA DE MEDICIÓN:
- Parámetro asociado al resultado de una medición, que caracteriza la dispersión de los valores que podrían ser razonablemente atribuidos al mensurando.
• No hay medidas exactas ,
Incertez…
PRECISIÓN Y EXACTITUD
• precisión - cómo están cercanas están las medidas repetidas el uno al otro.
• exactitud - cómo está cercano un valor medido al valor verdadero.
tirador 1 tirador 2 tirador 3
LAS INCERTEZAS SISTEMÁTICAS
hacen medidas repetidas y éstas presentan aproximadamente la misma incerteza sin razón aparente
Ejemplo: perdida de calor por el cuerpo del termómetro.
LAS INCERTEZAS ALEATORIAS
Son aquellas que hacen que las medidas repetidas presenten valores diferentes.
Por ejemplo, fricción en el instrumento, fluctuaciones electrónicas, fluctuaciones personales, etc.
Incertez…
EN TÉRMINOS DE ESTIMATIVA DE LA CONFIABILIDAD, LOS EXPERIMENTOS SON
DIVIDIDOS EN DOS CATEGORÍAS:
1. EXPERIMENTOS DE VARIAS MUESTRAS
2. EXPERIMENTOS DE UNA ÚNICA MUESTRA
Incertez…
Incertez…
DISTRIBUCIÓN NORMAL O GAUSSIANA
Dónde P es la probabilidad de que en una distribución con promedio µ y desvío estándar σ, el valor de la observación aleatoria sea x.
La media es dada por:
El desvío estándar es dado por:
21
21( )
2
x
P x e
xP x dx
, 1
1
N
i
i
x xN
22 x P x dx
1
22
1
1
N
i
i
x xN
tenemos que la probabilidad de una medida x estar comprendida en un cierto rango de la medida es:
P es el nivel de confianza, n el factor de cobertura.
P(x)
x
2
3s±
n x n
a) n = 1 P = 0.683 2.15:1
b) n = 2 P = 0.954 20:1
c) n = 3 P = 0.997 356:1
Incertez…
2
221
( )2
i
i
x xx x
x x
P x e dx
Ejemplo
medición valor medición valor medición valor medición valor medición valor
1 1,70 21 1,67 41 1,71 61 1,69 81 1,73
2 1,71 22 1,71 42 1,70 62 1,68 82 1,70
3 1,71 23 1,72 43 1,73 63 1,72 83 1,70
4 1,70 24 1,71 44 1,70 64 1,69 84 1,69
5 1,72 25 1,71 45 1,73 65 1,73 85 1,68
6 1,68 26 1,71 46 1,68 66 1,70 86 1,70
7 1,71 27 1,68 47 1,73 67 1,71 87 1,67
8 1,71 28 1,70 48 1,69 68 1,70 88 1,69
9 1,75 29 1,71 49 1,68 69 1,69 89 1,70
10 1,68 30 1,74 50 1,70 70 1,71 90 1,70
11 1,71 31 1,72 51 1,72 71 1,69 91 1,72
12 1,67 32 1,71 52 1,66 72 1,69 92 1,68
13 1,69 33 1,70 53 1,69 73 1,71 93 1,69
14 1,67 34 1,73 54 1,71 74 1,70 94 1,72
15 1,72 35 1,66 55 1,71 75 1,72 95 1,69
16 1,71 36 1,70 56 1,72 76 1,69 96 1,74
17 1,67 37 1,70 57 1,69 77 1,72 97 1,70
18 1,67 38 1,65 58 1,69 78 1,69 98 1,68
19 1,72 39 1,74 59 1,70 79 1,69 99 1,70
20 1,70 40 1,68 60 1,71 80 1,68 100 1,69
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
1,64 1,65 1,66 1,67 1,68 1,69 1,70 1,71 1,72 1,73 1,74 1,75 1,76
Valor observado
Fre
cu
en
cia
datos experimentalespromedio 1,70 km
desvío estándar 0,02 km
Ejemplo
Ejemplo
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
1,64 1,65 1,66 1,67 1,68 1,69 1,70 1,71 1,72 1,73 1,74 1,75 1,76
Valor observado
Fre
cu
en
cia
datos experimentales
Gauss
Ejemplo
Para n = 1, P = 0,683
1
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
1,64 1,65 1,66 1,67 1,68 1,69 1,70 1,71 1,72 1,73 1,74 1,75 1,76
valor observado
frec
uen
cia
Para n = 2, P = 0,954
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
1,64 1,65 1,66 1,67 1,68 1,69 1,70 1,71 1,72 1,73 1,74 1,75 1,76
valor observado
frec
uen
cia
2
Para n = 3, P = 0,997
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
1,64 1,65 1,66 1,67 1,68 1,69 1,70 1,71 1,72 1,73 1,74 1,75 1,76
valor observado
fre
cu
en
cia
3
Para los diferentes valores de n tenemos:
x n x x n
Incertez…
EXPRESIÓN DE LA INCERTEZA EN LA MEDICIÓN
La incerteza experimental es dada por un intervalo donde la media tenga 95,4% de probabilidad de ocurrencia.
Ejemplo: la medida de una temperatura
m m (n 1) ó m
m (n 1)m
Incertez…
PROPAGACIÓN DE INCERTEZAS
Suponga que un resultado R es una función de n variables,
Kleine y Mc Clintock (1953),
1 2 3 nR R(x ,x ,x ,..., x )
2 2 2
2
1 2 n
1 2 n
R R RR x x ... x
x x x
Incertez…
Una persona recorre 10000 ±1 m en 3600 ± 1 s, determinar su velocidad.
Sabemos que substituyendo:
ev
t
2 2
2
2
v vv e t
e t
v 1 v e
e t t t
2 2
2
2
1 ev e t
t t
2 2
2
2
18 7 2
4
1 10000v 1 1
3600 3600
v 7.716 10 5.954 10
v 8.2 10 m s
2.788.210-4 m s (n = 2)
Incertez…
Aplicando la ecuación de Kleine y Mc Clintock a la definición de promedio:
Supongamos diez medidas de una masa en gramos:
86, 85, 84, 89, 85, 89, 87, 85, 82, 85
la media es: 85,7 g el desvío estándar es: 2,2 g
Entonces el desvío estándar de la media es dado por
m = 85.7 ± 0.7 g (n = 1)
si utilizamos un factor de cobertura n = 2
m = 85.7 ± 1.4 g (n = 2)
xN
Incertez…
INCERTEZA COMBINADA
Para el caso anterior tendríamos:
2 2 2
1 2 nR x x ... x
Para el caso anterior tendríamos:
22 2
sensor amplific transductor
2 2 2
o
T
T 0,05 0,05 0,1
T 0,1 C
Rechazo de Datos Experimentales El criterio de Chauvenet
Si la probabilidad de que ése desvío es mayor que el máximo, entonces se rechaza el dato. Para evitar el cálculo continuo de probabilidad se puede utilizar la siguiente tabla
21
21( )
2
x
P x e
max sospechd x x
2maxd1
21 1e
2n 2
Especifica que una lectura puede ser rechazada si la probabilidad de obtener un desvío particular en relación a la media, fuese menor que
1 2 n
dónde n es el número de mediciones realizadas
Rechazo de Datos Experimentales
lectura (n)
Razón del desvío aceptable máximo
para el desvío estándar, maxd
2 1,15
3 1,38
4 1,54
5 1,65
6 1,73
7 1,80
10 1,96
15 2,13
25 2,33
50 2,57
100 2,81
500 3,29
1000 3,48
Rechazo de Datos Experimentales
a) Se mide la variable, un número n veces y se estima
1
1
N
i
i
x xN
y
1
22
1
1 N
i
i
x xN
b) Se calcula el desvío entre cada medida y la media dividiendo por
i id x x
c) usando un número de lecturas n, comparar el valor de id
con maxd
, si
fuera mayor se rechaza el punto y se recalcula x y σ.
NOTA: El criterio debe ser aplicado SÓLO UNA VEZ.
Conclusiones
- CONCIENCIA AL RESPECTO DEL USO DEL SI Y DE
LAS INCERTEZA EN LA EXPRESIÓN DE UNA
MEDIDA
- EL USO DE LA INCERTEZA DE MEDICIÓN DEBE SER
OBLIGATORIA COMO EL USO DEL SI.
- CAMBIO EN ENTIDADES DE ENSEÑANZA
(UNIVERSIDADES, INSTITUTOS, COLEGIOS, ETC.)
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