Concepto de Ciencia

La ciencia se basa en la resolución de problemas. El conocimiento científico está formado por productos (conjunto de explicaciones racionales que la comunidad científica ha construido sobre la naturaleza: conceptos, leyes, teorías) y por procesos (estrategias metodológicas, trabajo de las personas que hacen ciencia). Los cambios profundos no han sido fácilmente aceptados. La mayor parte de los descubrimientos se han apoyado en el trabajo en equipo, la discusión, el debate, etc., que han favorecido su evolución. La ciencia construye teorías que son útiles para comprender el mundo y que pueden cambiar cuando se propone una mejor. No ha existido un método único y universal para llegar a todos los conocimientos. Las ciencias influyen en la calidad de vida, organización social, hábitos de comportamiento y están influenciadas por un marco teórico determinado.

Juan Pablo II y la Ciencia

Según Juan Pablo II, la tarea de la ciencia fue y sigue siendo una paciente y apasionada búsqueda de la verdad sobre el cosmos, la naturaleza y sobre la constitución del ser humano. En esta búsqueda, ha habido muchos éxitos y fracasos, triunfos y reversos. La evolución de la ciencia ha sido a la vez edificante y humilde.

Diferencias entre Pensamiento Cotidiano y Científico

Pensamiento cotidiano:

1. Personal, superficial y subjetivo.
2. El saber está ligado a la acción.
3. Admite contradicciones.
4. Conceptos ambiguos, basados en lo concreto.
5. Sin comprobación sistemática.
6. Métodos y estrategias comunes.

Pensamiento científico:

1. Distanciado, objetivo y profundo.
2. Actividad organizada y reflexiva.
3. Se busca una coherencia lógica.
4. Conceptos definidos claramente.
5. Se busca verificar los hechos.
6. Métodos y estrategias específicas.

Proceso de Investigación Científica: Etapas y Justificación

Los problemas de investigación científica requieren hoy en día una amplia gama de estrategias de investigación que van desde la investigación teórica hasta las interpretaciones visuales. Lo que caracteriza la actividad científica es la búsqueda de estrategias para responder a las preguntas que se plantean para conocer el mundo. Su método no es único ni exclusivo y responde a un proceso que:

• Se inicia en el marco teórico establecido por un problema.
• Parte de un primer modelo explicativo o hipótesis.
• Sigue con un conjunto de actividades (estrategias variadas) que conducen a aceptarlo o rechazarlo mediante explicaciones argumentadas.
• Comunicación a la comunidad científica.

1. Situación Problemática

Puede suponer el punto de partida de una investigación o numerosas investigaciones. Es abierta y casi siempre confusa, que puede tener su origen en otras investigaciones, por puro interés de los investigadores… Una investigación mal llevada puede dar lugar a errores y confusiones alejadas de la realidad. La investigación no parte de cero; requiere una profunda búsqueda y consulta documental, lectura, selección de contenidos… El problema de estudio hay que delimitarlo de forma clara y precisa para poder investigar sobre ello.

2. Enunciado de Hipótesis

La hipótesis es la respuesta provisional enunciada ante el problema de estudio limitado. Tiene que estar fundamentada y su enunciado debe permitir su comprobación (veracidad o falsedad), por lo que debe mencionar aquellas variables que son objeto de estudio. Por lo tanto, las hipótesis serán el eje vertebrador en el proceso de las investigaciones.

3. Estrategias Diversas para la Comprobación

La hipótesis se tiene que comprobar y para ello se emplearán estrategias (diseño y realización de experimentos). Es importante definir y contar con las variables que pueden intervenir o afectar al proceso experimental. Las variables son una realidad investigada y pueden ser múltiples y variar sin control de los investigadores. En el laboratorio las variables se pueden reducir, controlar y manipular. Las variables que se pueden encontrar son: variables dependientes (aquellas que pueden cambiar), variables independientes (aquellas cuyas características son conocidas o modificadas por los investigadores) y variables a controlar (aquellas variables que podrán influir en las variables de estudio). También están las variables no controladas que pueden alterar los resultados dando lugar a fallos. Finalmente, se interpretarán los datos que se han ido obteniendo como pruebas de comprobación. Para ello, los resultados se interpretarán a la luz de la hipótesis, cuerpo de conocimiento y resultados de otras investigaciones. Esto permite establecer argumentaciones que contribuyan a aceptar o rechazar la hipótesis emitida.

4. Comunicación del Trabajo

Etapa relevante que permite compartir y debatir el trabajo realizado con la comunidad científica. Existen foros científicos que contribuyen a la comunicación y debate entre expertos: revistas especializadas, congresos… También permite la comunicación entre investigadores de diferentes instituciones, la correspondencia, estancias temporales en universidades…

Definición de Materia

Es todo aquello que posee masa y ocupa un lugar en el espacio, es decir, tiene volumen. Masa y volumen son propiedades que caracterizan la materia y la distinguen de lo que no es. Son propiedades medibles (magnitudes). La masa y el volumen son propiedades generales de la materia, porque puede haber sustancias diferentes que tengan la misma masa o volumen.

Sustancia y Cuerpo

La materia se presenta en porciones limitadas que reciben el nombre de sistemas materiales. Si tienen una forma definida se llaman cuerpos. El agua de un vaso es un sistema material y una piedra es un sistema material o cuerpo. Si nos referimos a un tipo concreto de materia, utilizamos el término sustancia (hierro, oxígeno).

Masa

Es la cantidad de materia que forma el sistema. Se mide con balanzas, que pueden ser digitales o de platillos.

Volumen

Es el espacio que ocupa el sistema. Se mide de diferente manera según sus características.

Densidad

Una de las propiedades características de mayor uso es la densidad, que se define como el cociente entre la masa que posee un sistema material y el volumen que ocupa; es una magnitud derivada. Su unidad en el Sistema Internacional es el kg por metro cúbico.

Sustancias Puras Simples y Complejas

Las simples están formadas por un solo elemento (cobre o hierro). Las puras complejas están formadas por más de un elemento (agua, metano, ácido sulfúrico).

Mezclas y sus Características

Las mezclas están formadas por diversas sustancias y pueden descomponerse por métodos físicos (mezclas homogéneas o disoluciones) y (mezclas heterogéneas).

Mezclas Heterogéneas y sus Características

Son aquellas en las que la composición de la muestra varía de un punto a otro. Muchas rocas pertenecen a esta categoría. En un trozo de granito se pueden distinguir varios componentes que se diferencian por el color.

Mezclas Homogéneas y sus Características

Son uniformes y presentan iguales propiedades y composición en todo el sistema (salmuera o aire). Estas mezclas homogéneas se denominan disoluciones.

Clasificación de Disoluciones según su Concentración

• Diluidas: hay muy poca cantidad de soluto, el disolvente puede seguir admitiendo más soluto.
• Concentradas: en ellas hay bastante cantidad de soluto disuelto, pero el disolvente todavía puede seguir admitiendo más soluto.
• Saturadas: aquellas que a una temperatura determinada no pueden seguir admitiendo más soluto. Si la temperatura aumenta, la capacidad para admitir más soluto aumenta.
• Sobresaturadas: aquellas que estando saturadas a una temperatura determinada, se aumenta para poder echar más soluto, y se vuelve a bajar con cuidado para que no precipite. Si les añades más soluto precipita.

Métodos de Separación de Mezclas Heterogéneas y Procedimientos

• Decantación: para separar mezclas heterogéneas de sustancias líquidas inmiscibles (agua, aceite). Se deja reposar la mezcla hasta que las sustancias se separan, quedando una sobre la otra. Se utiliza para ello el embudo de decantación, que posee una llave para dejar pasar uno de los componentes.
• Filtración: se utiliza para separar mezclas heterogéneas sólido-líquido, se hace pasar la mezcla a través de una barrera con poros finos, como un filtro de papel.

Métodos de Separación de Mezclas Homogéneas y sus Procedimientos

• Cristalización: se utiliza para separar mezclas homogéneas o disoluciones de sólido en líquido. Por ejemplo, la evaporación lenta del agua para obtener la cristalización de la sal disuelta.
• Destilación: se utiliza para separar líquidos en mezclas homogéneas o disoluciones. Se basa en la diferencia de los puntos de ebullición de los componentes de la mezcla. Por ejemplo, un licor se puede separar del alcohol de la esencia del licor.
• Cromatografía: se utiliza para conocer los distintos componentes de una disolución, más que para separarlos. Hay una fase móvil que consiste en un fluido que arrastra a la muestra a través de una fase estacionaria que se trata de un sólido o líquido fijado en un sólido.
• Aleación: mezcla homogénea de dos o más metales o de un metal con otro componente sólido como el carbono. Para formarla, hay que fundir los metales, mezclarlos y dejarlos enfriar. Por ejemplo, el acero (hierro con carbono). Para separar los componentes de una aleación, primero hay que fundirlos. Cada uno tiene sus puntos de fusión.

Reacción Química

Es el proceso químico en el que dos o más sustancias, denominadas reactivos, por efecto de un factor energético, se transforman en otras sustancias nuevas llamadas productos. Las propiedades físicas y químicas de los productos son diferentes de las de los reactivos. En una reacción química ordinaria la masa consumida de los reactivos es igual a la masa obtenida por los productos (Ley de conservación de la materia). Un ejemplo de reacción química es la formación de óxido de hierro producida al reaccionar el oxígeno del aire con el hierro. Existen diferentes tipos de reacciones químicas:

• Oxidación: participa la molécula de oxígeno, como reactivo oxidante. En esta reacción, el oxidante capta electrones del reactivo oxidado.
• Combustión: tipo de reacción cuyos reactivos son una sustancia combustible y una sustancia comburente que suele ser gas.
• Neutralización: reacciones entre una sustancia ácida y otra alcalina se llaman neutralización.
• Fermentación: se agrupan una serie de reacciones químicas que tienen lugar en las células de los seres vivos. Son reacciones metabólicas que se producen en ausencia de oxígeno. Transforman moléculas orgánicas complejas en moléculas sencillas para aprovechar su energía química liberada.

Propiedades de cada Estado de Agregación Molecular de la Materia

• Sólidos: tienen una forma definida, no se comprimen, su volumen es fijo, no fluyen ni se difunden, fuerzas de cohesión intermolecular muy altas.
• Líquidos: toman la forma del recipiente que los contiene, poco o nada compresibles, su volumen es fijo, fluyen con facilidad aunque se difunden, fuerzas de cohesión intermolecular altas pero más débiles.
• Gases: se adaptan a la forma del recipiente que los contiene, se comprimen y se expanden con facilidad, fluyen fácilmente y se difunden, fuerzas de cohesión intermolecular casi nulas.

Cambios de Estado de Agregación de la Materia

El paso de un estado de agregación de la materia a otro es bastante común en la naturaleza y depende de la temperatura:

1. Fusión: proceso físico de cambio de estado de sólido a líquido. Los cubitos de hielo se derriten en agua líquida.
2. Condensación: proceso físico de cambio de estado gaseoso a estado líquido. Al hervir agua, el vapor producido, al entrar en contacto con el aire más frío, se condensa formando una humareda blanca compuesta por gotitas de agua líquida (nubes).
3. Vaporización: proceso físico de cambio de estado líquido a estado gaseoso. Hay dos tipos (evaporación: paso del líquido a gas a cualquier temperatura) y ebullición (cuando la temperatura de la totalidad del líquido iguala al punto de ebullición del líquido a esa presión).
4. Solidificación: proceso físico que consiste en el cambio de estado de la materia de líquido a sólido. El agua solidifica a cero grados, pero el agua salada varios grados por debajo de esa temperatura.
5. Sublimación: proceso físico de cambio de estado sólido directamente a estado gaseoso. El ejemplo más común es a través del hielo seco, que cuando se expone al aire se comienza a sublimar o convertirse en vapor.
6. Sublimación inversa: el gas pasa directamente a sólido sin pasar por el estado líquido. En las noches frías, si la temperatura es inferior a cero grados, el vapor de agua de la atmósfera pasa directamente a sólido y se deposita en forma de cristalitos: escarcha.

Puntos de Fusión y de Ebullición

Los cambios de estado no se producen a cualquier temperatura, sino que existe un valor fijo de temperatura para cada sustancia a la que tiene lugar el paso de un estado de agregación a otro. Esos valores de temperatura tienen especial importancia en los casos de la fusión o vaporización. La temperatura a la que tiene lugar el cambio de sólido a líquido se denomina punto de fusión. La temperatura a la que ocurre el paso del líquido a vapor se llama punto de ebullición.

Presión y Estados de Agregación de la Materia

1. La teoría cinético-molecular explica la fusión de una sustancia. Al aumentar la temperatura en un sólido, las partículas vibran más deprisa.
2. En los líquidos algunas partículas cercanas a la superficie pueden escapar y pasar a formar parte del gas (evaporación).
3. Al calentar un líquido, las partículas se mueven con mayor velocidad, hasta que en cualquier punto del líquido, pueden escapar en estado gaseoso (ebullición).

Sin embargo, además de la temperatura, existe otra magnitud que influye en el punto de fusión y ebullición de las sustancias: la presión.

Célula

Es el nivel de organización de la materia más pequeño que tiene la capacidad para metabolizar y autoperpetuarse, tiene vida y es la responsable de las características vitales de los organismos. En la célula ocurren todas las reacciones químicas que mantienen a los individuos y a las especies: crecer, reproducirse…

Diferencias entre Células Procariotas y Eucariotas

• Células procariotas: sin núcleo y orgánulos con membranas en su citoplasma (bacterias).
• Células eucariotas: con núcleo, separado del citoplasma por la membrana nuclear, y con orgánulos citoplasmáticos con membranas (protozoos, algas…).

Células Eucariotas Animales y Vegetales

Las células animales se diferencian de las vegetales en que las animales no tienen vacuola central, tonoplasto, cloroplasto, plasmodesmo y pared celular, y las vegetales sí. En cambio, las animales tienen centriolos y las vegetales no.

Ciclo Hidrológico Natural

Hidrosfera y Regulación Térmica del Planeta

El calor específico es una magnitud física que se define como la cantidad de calor que hay que suministrar a la unidad de masa de una sustancia o sistema termodinámico para elevar su temperatura en una unidad. El agua requiere bastante energía térmica para debilitar las fuerzas de atracción eléctrica entre las diferentes moléculas de H₂O. En su estado líquido, el agua puede absorber y almacenar cantidades de energía térmica, lo que permite que sea un regulador térmico muy bueno al reducir los cambios bruscos de temperatura. Tenemos como ejemplo las temperaturas tan suaves que hay en las zonas costeras. Las corrientes oceánicas trasladan grandes cantidades de calor de las zonas ecuatoriales a las polares, al mismo tiempo que las aguas frías se desplazan hacia el Ecuador. En la circulación de las aguas podemos distinguir entre corrientes superficiales y corrientes profundas. Las corrientes superficiales y las profundas están relacionadas y de esta idea nace el modelo de la cinta transportadora oceánica en el que se dice que existe una corriente oceánica superficial de aguas calientes y menos densas, y otra profunda, de aguas frías y más densas. Ambas corrientes son globales y se comunican.

Definición de Concepto Físico de Energía

Propiedad de todo sistema material en virtud de la cual este puede transformarse, modificando su estado o posición, así como interaccionar sobre otros originando en ellos procesos de transformación. La energía se manifiesta en los cambios físicos, como por ejemplo, al elevar un objeto. La energía está presente también en los cambios químicos, como al quemar un trozo de madera.

Formas de Energía y su Transformación

Formas:

1. Energía mecánica: producida por fuerzas de tipo mecánico y la poseen los cuerpos por el hecho de moverse o estar desplazados de su posición de equilibrio.
2. Energía electromagnética: energía radiante (la que poseen las ondas electromagnéticas) y energía eléctrica (por el movimiento de las cargas eléctricas en el interior de los materiales conductores).
3. Energía termodinámica: energía interna, térmica o calorífica (por movimiento o agitación de las partículas que constituyen la materia).
4. Energía química: energía contenida en los enlaces químicos y energía producida en una reacción química.
5. Energía nuclear: energía almacenada en el núcleo de los átomos y que se libera en las reacciones nucleares de fisión y fusión.

La energía se encuentra en constante transformación, pasando de unas formas a otras. Pero la cantidad de energía obtenida en un proceso no puede ser superior a la invertida. El principio de conservación de energía indica que la energía no se crea ni se destruye, solo se transforma de unas formas en otras. La energía total permanece constante, es decir, la energía total es la misma antes y después de cada transformación.

Concepto de Calor

Un objeto o sistema no tiene calor, del mismo modo que no tiene trabajo. El calor, al igual que el trabajo, no es una forma de energía, sino un mecanismo de intercambio de energía.

Concepto de Temperatura

La temperatura es una magnitud que refleja el nivel térmico de un sistema. Está relacionado con la energía interna de un sistema asociada con la agitación de sus partículas. No depende del número de partículas que se agitan, sino de su velocidad media de movimiento: a mayor temperatura mayor velocidad media.

Tres Formas de Transmisión de la Energía Térmica (Ejemplos)

• Conducción térmica: se produce por el contacto térmico entre dos o más sistemas que se encuentran a diferente temperatura, sin que exista transporte de materia, de átomo a átomo directamente. La energía se transmite de la zona más cálida a la más fría.
• Convección térmica: solo se produce en líquidos y gases ya que implica el movimiento de volúmenes de fluido de regiones que están a una temperatura a regiones a diferentes temperaturas. El fluido más caliente asciende y el más frío desciende.
• Radiación térmica: energía se propaga en forma de ondas electromagnéticas, de energía térmica a energía radiante y de nuevo a energía térmica. No necesita de un medio material para propagarse; lo puede hacer en el vacío.