METODO CIENTIFICO
MATERIA Y PROPIEDADES
LABORATORIO ESCOLAR
SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES

MOVIMIENTOS

La Física es una ciencia natural y su objetivo principal es el estudio de la naturaleza y las interacciones entre materia y energía, así como los principios y leyes que explican el comportamiento de los cuerpos.

En la Física se observan y examinan los fenómenos naturales y se analizan los factores que puedan influir sobre ellos. Para su estudio hay varias ramas y subdivisiones de la Física acorde al fenómeno del estudio.

METODO CIENTIFICO

Para empezar hablar sobre el método científico sin pretender entrar en polémica en este tema, la diferencia fundamental entre el método deductivo y el inductivo es que el primero aspira a demostrar, mediante la lógica pura, la conclusión en su totalidad a partir de unas premisas, de manera que se garantiza la veracidad de las conclusiones, si no se invalida la lógica aplicada. Se trata del modelo axiomático propuesto por Aristóteles como el método ideal.

el método inductivo que crea leyes a partir de la observación de los hechos, mediante la generalización del comportamiento observado; en realidad, lo que realiza es una especie de generalización, sin que por medio de la lógica pueda conseguir una demostración de las citadas leyes o conjunto de conclusiones. Estas conclusiones podrían ser falsas y, al mismo tiempo, la aplicación parcial efectuada de la lógica podría mantener su validez; por eso, el método inductivo necesita una condición adicional, su aplicación se considera válida mientras no se encuentre ningún caso que no cumpla el modelo propuesto.

Pasos del Método Científico:

Observación: el primer paso es la observación de una parte limitada del universo o población que constituye la muestra. Anotación de lo observable, posterior ordenamiento, tabulación y selección de los datos obtenidos, para quedarse con los más representativos.

Hipótesis: se desarrolla en esta etapa, el planteamiento de las hipótesis que expliquen los hechos ocurridos (observados). Este paso intenta explicar la relación causa – efecto entre los hechos. Para buscar la relación causa – efecto se utiliza la analogía y el método inductivo. La hipótesis debe estar de acuerdo con lo que se pretende explicar (atingencia) y no se debe contraponer a otras hipótesis generales ya aceptadas. La hipótesis debe poder ser comprobable experimentalmente por otros investigadores, o sea ser reproducible.

Experimentación: la hipótesis debe ser comprobada en estudios controlados, con autentica veracidad.

Conclusiones: Llevar a cabo la interpretación de los resultados.

Comprobación: Someter a prueba e idoneidad de nuestras cocnclusiones y darles una interpretación

y hacernos nuevas preguntas (Qué, Quien, Cómo, Cuando, Donde) seguir aprendiendo etc.

MATERIA

a todo aquello que podemos percibir con nuestros sentidos, es decir, todo lo que podemos ver, oler, tocar, oír o saborear es materia. Toda la materia está formada por átomos y moléculas.

Un cuerpo es una porción de materia, delimitada por unas fronteras definidas, como un folio, el lápiz o la goma de borrar; varios cuerpos constituyen un sistema material.Las distintas formas de materia que constituyen los cuerpos reciben el nombre de sustancia. El agua, el vidrio, la madera, la pintura ... son distintos tipos de sustancias.

Propiedades de la materia:

Aunque no es lo mismo, el peso y la masa son proporcionales, de forma que al medir uno se puede conocer la otra y, de hecho, en el lenguaje corriente, ambos conceptos se confunden.

La masa puede ser medida en muchas unidades

MASA

No debemos confundir masa con peso. Mientras que la masa de un cuerpo no varía, sin importar el lugar en el que esté, el peso es la fuerza con la que la Tierra atrae a ese cuerpo, fuerza que varía de un sitio a otro, sobre todo con la altura, de forma que al subir una montaña, mientras que nuestra masa no varía, nuestro peso va siendo cada vez menor. En un mismo lugar, el peso y la masa son proporcionales, de forma que si un cuerpo pesa el doble que otro, tendrá el doble de masa.

Dependiendo de la masa a medir se emplean, en lugar del kilogramo o el gramo, alguno de sus múltiplos, de forma que los números obtenidos sean más fáciles de usar. Los múltiplos y submúltiplos del kilogramo y del gramo son los indicados en la siguiente tabla:

Para pasar de un múltiplo o submúltiplo a otro, una vez conocida la tabla de equivalencias, debemos multiplicar por el número que acompaña al múltiplo del que partimos y dividir por el múltiplo o submúltiplo al que deseamos pasar: Si deseamos expresar en centigramos (cg) 0.02 kilogramos (kg), multiplicamos por 1 (que es el que aparece en la fila correspondiente a kilogramo) y dividiremos por 0.00001 (que es el que aparece en la fila correspondiente al centigramo). El resultado será:

ejemplo:

Supongamos que deseamos expresar 15000 miligramos en decagramos.

En la tabla de múltiplos y submúltiplos, vemos los números que corresponden a miligramos y a decagramos.

Ahora multiplicamos 15000 por el número correspondiente a la unidad de origen (0.000001) y la dividimos por la unidad de destino (0.01):

Es decir, 15000 miligramos equivalen a 1.5 decagramos

Nota: puedes encontrar más información en mi programa CONVERSIONES.EXE.

VOLUMEN

Además de masa, los cuerpos tienen una extensión en el espacio, ocupan un volumen. El volumen de un cuerpo representa la cantidad de espacio que ocupa su materia y que no puede ser ocupado por otro cuerpo, ya los cuerpos son impenetrables. El volumen también es una propiedad general de la materia y, por tanto, no permite distinguir un tipo de materia, una sustancia, de otra, ya que todas tienen un volumen. Cuando un cuerpo está hueco o posee una concavidad, ésta puede rellenarse con otra sustancia. Así una botella o un vaso se pueden llenar de un líquido o de aire. El volumen de líquido que puede contener se llama capacidad.

La capacidad es el volumen de un cuerpo que tiene cabida en el hueco existente en otro cuerpo. Volumen, por otro lado, es la cantidad de espacio ocupado por cualquier cuerpo. De hecho, conocida la capacidad de un cuerpo, se determina el volumen de la sustancia que contiene. De esta forma, tanto capaciad como volumen se miden en las mismas unidades, aunque se suele emplear el metro cúbico para medir volúmenes y el litro para medir capacidades, aunque no es obligatorio.

Los múltiplos y submúltiplos son los indicados en la siguiente tabla (nótese que decimetro cúbico equivale a litro y centímetro cúbico a mililitro):

ejemplo

Supongamos que deseamos expresar 15000 mililitros en decímetros cúbicos.

En la tabla de múltiplos y submúltiplos, vemos los números que corresponden a mililitros y a decímetros cúbicos.

Ahora multiplicamos 15000 por el número correspondiente a la unidad de origen (0.000001) y la dividimos por la unidad de destino (0.001):

Es decir, 15000 mililitros equivalen a 15 decímetros cúbicos.

DENSIDAD

Es la cantidad de masa de una sustancia contenida en un volúmen determinado o es la propiedad que nos permite medir la ligereza o pesadez de una sustancia recibe el nombre de densidad. Cuanto mayor sea la densidad de un cuerpo, más pesado nos parecerá.

La densidad de un cuerpo está relacionada con su flotabilidad, una sustancia flotará sobre otra si su densidad es menor. Por eso la madera flota sobre el agua y el plomo se hunde en ella, porque el plomo posee mayor densidad que el agua mientras que la densidad de la madera es menor, pero ambas sustancias se hundirán en la gasolina, de densidad más baja.

Aunque los barcos, especialmente los mayores, se construyan con acero y éste tenga una densidad mayor que el agua, flotan porque no son macizos: La mayor parte del barco es espacio vacío, aire. Así, aunque la densidad del acero es mayor que la del agua, la densidad del barco no lo es, es más pequeña, flotando sobre ella.

Como en el S.I. la masa se mide en kilogramos (kg) y el volumen en metros cúbicos (m3) la densidad se medirá en kilogramos por metro cúbico (kg/m3). Esta unidad de medida, sin embargo, es muy poco usada, ya que es demasiado pequeña. Para el agua, por ejemplo, como un kilogramo ocupa un volumen de un litro, es decir, de 0'001 m3), la densidad será de 1000 kg/m3.

Para pasar de Kg/m3 a g/cc

deberíamos pasar los kg a g (multiplicando por 1000) y los m3 a cc, dividiendo entre 1000000, ya que 1 m3 equivale a 1000000 de cc. Multiplicar por 1000 y dividir por 1000000, simplificando, equivale a dividir por 1000:

Kg/m3 a g/l

Puesto que un litro equivale a un decímetro cúbico, para la conversión, multiplicaremos por 1000 (el paso de kilogramo a gramo) y dividiremos por 1000 (el paso de metro cúbico a decímetro cúbico). Como multiplicamos y dividimos ente 1000, es como si no se realizara operación aritmética alguna: kg/m3 y g/l son completamente equivalentes y no hay que realizar operación alguna para interconvertirlas.

TEMPERATURA

Es una propiedad que expresa el estado de agitación o movimiento desordenado de cada una de las moléculas de un cuerpo. Es por tanto, una medida que describe el estado de un sistema.

Solubilidad

Es una propiedad que tienen ciertas sustancias de poder disolverse en otras. Esta es una propiedad de la materia que permite diferenciarla. Cuando una sustancia se disuelve en otras se forma una solución o disolución. Las soluciones pueden ser sólidas, líquidas y gaseosas.

Propiedades específicas

1. Ductilidad: facilidad para transformarse en hilos. Ejemplo: Cobre.
2. Maleabilidad: capacidad para convertirse en láminas. Ejemplo: estaño.
3. Dureza: resistencia que opone un cuerpo a ser rayado. Un cuerpo es más duro que otro si lo raya. Para saber la dureza se usa habitualmente la escala de Mohs:
4. Tenacidad: Resistencia que opone un cuerpo a romperse. La propiedad opuesta es la
5. Fragilidad. Ejemplo: el plomo es muy tenaz y el vidrio es muy frágil.
6. Viscocidad: Propiedad de los líquidos de circular con dificultad por conductos. En caso contrario nos referimos a
7. Fluidez. Ejemplo: el aceite es menos denso que el agua, pero es más viscoso que ella.
8. Elasticidad: Facilidad para recuperar la forma primitiva una vez que cesa la fuerza que provoca la deformación. La propiedad opuesta es la
9. Plasticidad. Ejemplos: muelle y plastilina.
10. Puntos de fusión y Ebullición: El cambio de estado de sólido a líquido se llama fusión a la temperatura constante a la que se produce punto de fusión. De igual forma si un líquido pasa a estado gaseoso hablamos de ebullición y la temperatura a la que se produce será el punto de ebullición.
11. Capilaridad y Tensión superficial: Propiedades de ciertos líquidos originados por las fuerzas de cohesión entre las moléculas del líquido y otros objetos.

LABORATORIO ESCOLAR

Nos ofrece la oportunidad de comprobar, en forma directa las propiedades físicas y químicas de la materia. La familiarización del estudiante con los diversos materiales y aparatos de investigación científica le dan la confianza para la realización de experimentos propios que sastifagan su curiosidad.

A través de la experimentación, la reproducción de un fenómeno, empezamos a realizar una investigación científica rigurosa.

Normas de trabajo

1. Estudiar con cuidado todo el aspecto teórico de la práctica, antes de empezar
2. Planear el desarrollo de la práctica y comprender todos los pasos del experimento
3. Observar y registrar de manera ordenada todos los cambios que ocurran en la práctica
4. Utilizar material limpio y en buen estado
5. Lavar el material una vez concluida la práctica

Prevención de accidentes

1. Localizar donde se encuentran los extinguidores, las regaderas, el botiquín y la salida de emergencia
2. Utilizar bata de algodón para proteger la piel y la ropa
3. Cuando una sustancia se derrame lavar con abundante agua
4. No utilizar sustancias que provengan de un recipiente sin etiqueta
5. No probar ni tocar con dedos ninguna sustancia

Material de laboratorio

Nota: para más información sobre el MATERIAL DEL LABORATORIO lo encuentras en mi programa MATLAB.EXE.

SISTEMA INTERNACIONALDE UNIDADES

Las medidas de distancia, de tiempo, de masa y otras cantidades, se hacen con referencia a una unidad estándar particular para cada magnitud y a esta unidad se le asigna un valor numérico. En todo el mundo se estableció el sistema internacional de unidades en este sistema se han definido siete magnitudes fundamentales, asignando unidades básicas oficiales a cada cantidad. Las cantidades físicas se pueden expresar de una manera abreviada mediante símbolos, múltiplos y submúltiplos de sus unidades.

En los países europeos, para medir distancias, se usaba el pie, la pulgada y la yarda, los cuales correspondían a las medidas del pie, el dedo pulgar y el brazo. Para facilitar la comunicación e intercambio entre los paìses se estableció el sistema internacional con validez universal.

UNIDADES FUNDAMENTALES: LONGITUD, MASA Y TIEMPO

El Sistema Internacional de Unidades está integrado por unidades de base o fundamentales y por unidades derivadas, las cuales en conjunto forman un sistema coherente. Las unidades fundamentales son aquellas con las cuales se estructura el Sistema Internacional, y son las siguientes:

MULTIPLOS Y SUBMULTPLOS

Una de las características fundamentales del sistema internacional de unidades es que constituye un sistema decimal, es decir, las unidades más grandes (multiplos) o más pequeñas (submultiplos) se obtienen multiplicando la unidad básica (m,kg,s), por potencias de 10.

Por ejemplo para medir distancias tenemos que: un kilométro son 1 000m, lo cual expresamos como 1 Km = 10³m y un centímeto es 0.01 m , esto es 1 cm = 10-² m.

CONVERSION DE UNIDADES

Si una cantidad expresada con un prefijo se desea expresar mediante otro prefijo, debemos multiplicarla o dividirla entre los factores correspondientes.

EJEMPLOS

1.- expresar 130 km en metros, se multiplican los kilómetros por mil (13 x 1 000).

130 km = 130 000 m.

2.- expresar 70 m en gramos, se dividen los gramos entre mil (700 entre 1 000).

70 mg = 0.070

FACTOR DE CONVERSION

El empleo del factor de conversión en la transformación de unidades presenta algunas ventajas, como se podrá apreciar en el siguiente ejemplo.

• Si se quieren transformar 130 km a m se tiene que multiplicar por 1 000. 130 km = 130 000 m
• Lo que se ha efectuado automáticamente es una proporción; sabiendo que 1 km = 1 000 m, entonces:

Convertir 70 mg a g Equivalencia: 1 g = 1 000 mg Factores de conversión:

Existen otros sistemas de unidades muy utilizados en las mediciones físicas. Uno de ellos es el sistema inglés que actualmente se usa en los Estados Unidos de América y en otros países. Algunas de sus unidades básicas son: el pie (para la longitud), la libra (para la fuerza) y el segundo (para el tiempo), además de sus unidades derivadas.

Debido a que existen unidades diferentes para una misma magnitud, frecuentemente es necesario convertir la medición de una unidad a otra. Por ejemplo, supongamos que se necesita un tubo con un diámetro 13/16 pulgadas (in). Para conocer la equivalencia de esta cantidad en milímetros debe realizarse una conversión matemática partiendo de la equivalencia de las unidades de un sistema a otro. Como primer paso, se convierte la fracción a decimal:

13/16 pulgadas = 0.81 pulgadas

Equivalencia: 1 in = 25.4 mm

Factores de conversión:

Transformación

En el siguiente cuadro se dan las equivalencias en metros de algunas unidades de longitud en el sistema inglés.

UNIDADES DERIVADAS

Las unidades fundamentales no pueden ser definidas en términos más elementales; por ello se dice que son unidades básicas. En cambio, las unidades definidas en términos de dos o más unidades básicas o fundamentales se llaman unidades derivadas.

El área, por ejemplo, es una magnitud derivada que se describe en términos de dos longitudes. En el SI, la unidad de área es el metro cuadrado (m²). El volumen es una magnitud que se describe en términos de tres longitudes. La unidad de volumen del metro es el metro cúbico (m³).

La densidad es una magnitud derivada que se describe en términos de masa y volumen. La unidad de densidad en el SI es kg/m³. La mayoría de las magnitudes que se emplean en la física son magnitudes derivdas. Algunos ejemplos son los siguientes.

Profr. Ricardo Caudillo S.