1 El trabajo científico. Medida de magnitudes1 Aproximación al conocimiento científico

¿Qué características distinguen el saber científico de otras formas de conocimiento?

Se apoya en la experimentación Mediante la medición cuantitativa se asocian valores numéricos con conceptos científicos.

Los resultados son reproducibles Sistemas idénticos en iguales condiciones de experimentación se comportan del mismo modo.

Las teorías científicas deben ser refutables si los hechos experimentales las contradicen.

No existe una verdad incuestionable.

La ciencia pertenece a un momento histórico y a un contexto.

Ciencias de la Naturaleza

3º ESO

1 El trabajo científico. Medida de magnitudes2 Etapas del método científico.

Los procesos involucrados en la obtención de conocimiento científico se describen en un orden “ideal” que se denomina método científico.

ETAPAS O FASES DE TRABAJO

A) FORMULAR CON PRECISIÓN EL PROBLEMA

Observar de forma sistemática un fenómeno o un comportamiento tratando de reproducirlo en un laboratorio identificando las variables que intervienen en el mismo.

B) PROPONER HIPÓTESIS

El científico parte de alguna suposición o conjetura previa sin confirmar, sobre las causas del fenómeno recopilando información en la bibliografía existente.

C) CONTRASTAR HIPÓTESIS

Las hipótesis se confirman o rechazan por medio de experiencias.

D) ESTABLECER UNA LEY

Las leyes son hipótesis confirmadas expresadas, siempre que sea posible, en lenguaje matemático y un conjunto de leyes consistentes constituye una teoría.

Ciencias de la Naturaleza

3º ESO

1 El trabajo científico. Medida de magnitudes3 Experiencia. El comportamiento de los gases (1).

A) Para estudiar el comportamiento de los gases se va a estudiar la variación del volumen de una masa de gas con la presión y la temperatura.

Presión ( p )

Volumen ( V )

Temperatura ( T )

B) Se establecen unas hipótesis de partida. En este caso serán dos:

“A temperatura constante el volumen de un gas disminuye a medida que aumenta la presión”. Robert Boyle (1662)

“El volumen de un gas aumenta al aumentar la temperatura”. Jacques Charles (1787)

Variables a estudiar :

1

2

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3º ESO

1 El trabajo científico. Medida de magnitudes4 Experiencia. El comportamiento de los gases (2).

C)

Variación del ( V ) de una masa de gas con la ( p ) a T = cte.

Variación del ( V ) de una masa de gas con la ( T ) a p = cte.

D)

p(atm)

1

3

4

2

0 2 4 6 V (L)

V (L) p(atm)

6,0 1

3,0 22,0 31,5 4

Se procede a la experimentación para confirmar las hipótesis de partida:

1 2

T (K) V (L)

293 8330 9366 10403 11

••

••

Cuando T = cte --> p V = cte Cuando p = cte --> V / T = cteD)

••

••

0

V (L)

8

10

11

9

330 T (K)290 370 410

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3º ESO

1 El trabajo científico. Medida de magnitudes5 Magnitudes físicas y su medida

Magnitudes físicas son aquellas propiedades de los cuerpos que podemos medir y expresar el resultado mediante un valor numérico.

Medir una magnitud es comparar su valor con el de un patrón de la misma naturaleza, escogido previamente y que denominamos unidad.

El resultado de una medida es el número de veces que el valor de la magnitud contiene a la unidad elegida y se expresa mediante un número que indica la cantidad seguida del símbolo de la unidad con la que se ha realizado la medida de dicha magnitud.

UNIDAD 1 metro

LONGITUD A MEDIR

MEDIDA 4 m

SIMBOLO

1 1 1 1

EJEMPLO

m

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3º ESO

1 El trabajo científico. Medida de magnitudes6 Sistema internacional de unidades. Notación

científica

Las unidades están organizadas en conjuntos denominados sistemas de unidades. En la actualidad los científicos siguen el acuerdo tomado en el año 1960 donde se estableció el Sistema Internacional de Unidades (SI). Entonces se eligió un conjunto de siete magnitudes que se denominaron fundamentales.

UNIDADES FUNDAMENTALES DEL SIMAGNITUD Longitud Masa TemperaturaTiempo Intensidad de corriente Cantidad de sustancia Intensidad luminosa

UNIDAD metro kilogramo segundo kelvin molamperio candela

La notación científica consiste en expresar cualquier número como un número decimal con una sola cifra entera (las unidades) multiplicada por una potencia de base 10 y exponente positivo o negativo. Se utilizan los múltiplos y submúltiplos de las unidades que se nombran con prefijos.

ALGUNOS MÚLTIPLOS Y SUBMÚLTIPLOS

giga (G)

mega (M)

kilo (k)

mili (m)

micro ()

nano (n)

10 9

10 6

10 3

10 -3

10 -6

10 -9

El radio de un átomo de litio

0,000 000 000 145 m

1,45•10 -10

Masa de la tierra

5 980 000 000 000 000 000 000 000 Kg

5,98•10 24

SIMBOLO m kg s K MolA cd

Ciencias de la Naturaleza

3º ESO

1 El trabajo científico. Medida de magnitudes7 Instrumentos de medida. Medidas

experimentales.

Para realizar una medida se debe elegir primero el

instrumento adecuado según:

LA PRECISIÓN: Valor mínimo de la magnitud que puede ser apreciado.

LA SENSIBILIDAD: Variaciones que es capaz de apreciar del valor de la magnitud.

La incertidumbre de una medida es el máximo error con que viene afectada como consecuencia de la precisión del instrumento.

El valor de la medida que indica el voltímetro es 44 ± 2 V.

± 2 V es la incertidumbre de la medida (la división más pequeña de la escala).

El volumen de líquido de la probeta es 120 ± 10 ml.

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3º ESO

1 El trabajo científico. Medida de magnitudes8 Cifras significativas

CIFRAS SIGNIFICATIVAS son las cifras de un valor experimental que conocemos porque las podemos leer en la escala del aparato de medida:

Los ceros utilizados después de la coma decimal son significativos.

Los ceros a la izquierda del primer número no nulo no son significativos.

Los ceros a la derecha de un número entero no son significativos excepto si se indica mediante un punto.

¿Cuantas cifras significativas tienen las siguientes medidas?

3 2 4 4

8,30 0,0056 4262. 15,82 28,00

4

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3º ESO

1 El trabajo científico. Medida de magnitudes9 Errores de las medidas (1).

TIPOS DE ERROR SEGÚN SU

ORIGEN

Al realizar medidas de cualquier magnitud siempre se cometen errores ya que el error está unido al hecho de medir.

ERRORES SISTEMÁTICOS ERRORES ACCIDENTALESDebidos a las características propias del aparato de medida y a su uso inadecuado.

Se producen al azar debido a causas que no se pueden controlar.

ERROR DE PARALAJE

No se pueden evitar pero sí minimizar su efecto repitiendo la medida varias veces y calculando la media aritmética de las mismas.

n

xxxxx n

...321

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3º ESO

1 El trabajo científico. Medida de magnitudes10 Errores de las medidas (2).

Hay dos formas de escribir una medida acompañada de su error

ERROR ABSOLUTO ERROR RELATIVO

Es la diferencia entre el valor medio y el de cada medida tomando el resultado siempre como positivo. Nos dice cuanto nos separamos del valor verdadero pero no nos indica la calidad de la medida.

Es la diferencia entre el valor medio y el de cada medida tomando el resultado siempre como positivo. Nos dice cuanto nos separamos del valor verdadero pero no nos indica la calidad de la medida.

Se calcula como el cociente entre el error absoluto y el valor hallado o el más probable. Si se multiplica por 100, se obtiene el % de error. Nos proporciona una idea sobre la calidad de una medida.

Se calcula como el cociente entre el error absoluto y el valor hallado o el más probable. Si se multiplica por 100, se obtiene el % de error. Nos proporciona una idea sobre la calidad de una medida.

4 alumnos miden el ancho de un libro y obtienen las siguientes medidas:

MEDIDA VALOR MEDIO ERROR ABS.

ALUMNO 1

ALUMNO 2

ALUMNO 3

ALUMNO 3

21,0

21,1

20,9

21,2

21,1

21,1

21,1

21,1

0,1

0

0,2

0,1

r = x

a a = xi - x

EJEMPLO

1,04

1,02,001,0

a

El error absoluto medio cometido en la medida del ancho del libro es

La medida del libro es 21,1 0,1 cm

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3º ESO

1 El trabajo científico. Medida de magnitudes11 Análisis de datos: tablas y gráficas (1)

PASOS A SEGUIR PARA LA REPRESENTACIÓN GRÁFICA DE

DATOS EXPERIMENTALES:

Estudio del alargamiento de un muelle a medida que se cuelgan distintos pesos

de su extremo:

1 Se ordenan los datos experimentales en una TABLA

Masa (g)

Alargamiento (cm)

10

1,5

20

3

30

4,5

40

6

50

7,5

60

11

La disposición ordenada de los resultados permite observar una tendencia.

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3º ESO

1 El trabajo científico. Medida de magnitudes12 Análisis de datos: tablas y gráficas (2)

2 Se seleccionan las VARIABLES

INDEPENDIENTES: aquellas cuyos valores elegimos. (MASA)

DEPENDIENTES: sus valores cambian en función de las variables independientes y están determinados por alguna función o ecuación (ALARGAMIENTO)3 Realización de la GRÁFICA

A) En cada eje se debe indicar la MAGNITUD y la UNIDAD DE TRABAJO.

B) Elegir la ESCALA de los ejes de forma que se adapte al valor de los datos para que los puntos resulten visibles y uniformemente espaciados.

C) Representar los puntos y realizar el trazado final de la gráfica. Si un punto se sale mucho de la gráfica, se desprecia.

2 4 6 8 10

10

20

30

40

50

60

X (cm)

m (g)

Se concluye que la relación entre MASA y ALARGAMIENTO es lineal y del tipo: m = kx

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3º ESO

y = k x

1 El trabajo científico. Medida de magnitudes13 Tipos de gráficas

A cada tipo de gráfica le corresponde una función matemática que define la relación entre las magnitudes que intervienen. Las más importantes son:

a

b

x

y FUNCIÓN LINEAL

y

x

y0

y = y0 + kx

FUNCIÓN AFÍN

y = k x2

FUNCIÓN CUADRÁTICA

y

x

y

x

FUNCIÓN INVERSA

y =k

x

a

bk

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3º ESO