La Actividad Científica

1. Introducción al Método Científico

El método científico es el procedimiento que siguen los científicos para realizar su trabajo, que consiste en descubrir esas leyes que se esconden en el mundo que nos rodea y nos permiten entenderlo mejor. Con ellas, podremos predecir situaciones nuevas y buscar aplicaciones tecnológicas que nos hagan la vida más agradable. El método científico es un procedimiento o conjunto de pasos ordenados que permite estudiar un determinado fenómeno y llegar a establecer las leyes que lo explican. Este método se basa en una serie de etapas que habrá que seguir de forma consecutiva.

1.1. Etapas

1. Observación
2. Hipótesis
3. Experimentación
4. Obtención de conclusiones: leyes, teorías o modelos
5. Publicación de resultados

1) Observación

La observación consiste en examinar detenidamente un fenómeno o hecho con el objetivo de sacar toda la información que podamos. Este primer paso es muy importante, pues cuanto mayor sea la cantidad de información obtenida, más fácil resultará explicar el fenómeno.

2) Formulación de Hipótesis

Los interrogantes que surgen en el apartado anterior hay que explicarlos mediante diferentes hipótesis. Es importante no desechar a priori ninguna de las hipótesis. Una hipótesis es una explicación de dicho fenómeno y que aún no ha sido comprobada (por tanto, puede ser correcta o errónea).

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3) Experimentación

Es la etapa más importante del método científico, pues permite comprobar si la explicación dada ha sido, o no, válida. A partir de la hipótesis desarrollada en el paso anterior, se realizan predicciones que deben comprobarse en el laboratorio. La experimentación consiste en diseñar y realizar experimentos de forma cuidadosa, a fin de comprobar si las predicciones son correctas. En estos experimentos deben anotarse todos los resultados obtenidos para poder estudiarlos detenidamente. Los datos obtenidos se ordenan en tablas, con las que haremos representaciones gráficas. Si los resultados de estos experimentos están de acuerdo con las predicciones, entonces la hipótesis será válida; en caso contrario, es necesario reformular la hipótesis y comenzar el método científico desde el principio.

4) Elaboración de Conclusiones

Una vez comprobado en el paso anterior que la hipótesis es válida, esta se transforma en una ley científica. Habitualmente, esta ley se expresa con ayuda de una fórmula matemática. Al conjunto de leyes que explican fenómenos relacionados se le llama teoría. En muchas ocasiones, cuando las leyes son muy complejas, se utilizan explicaciones más sencillas del fenómeno; estas explicaciones se llaman modelos.

5) Publicación de Resultados

Diremos aquí, finalmente, que los científicos dan a conocer sus leyes cuando han comprobado que son correctas. Para ello, publican en revistas informes científicos en los que explican detalladamente todo el trabajo que han realizado hasta llegar a sus descubrimientos, para que, de esa manera, los demás científicos – la comunidad científica – conozcan dicho trabajo.

1.2. Aplicación del Método Científico: Péndulo y Caída de Cuerpos

Hipótesis: el periodo de oscilación puede depender de:

• Masa del péndulo
• Longitud del péndulo

2. Magnitudes y Unidades

2.1. Magnitudes: Concepto y Medida

Cualquier objeto que exista a nuestro alrededor posee una serie de propiedades; a algunas de ellas les podemos dar un valor numérico, mientras que a otras, no. Una magnitud es una propiedad que puede medirse; medir una magnitud es asignar un valor a la misma, comparándola con una cantidad fija, o de referencia, llamada unidad. Por ejemplo, si decimos que la altura de una persona es de 1,65 m, estamos indicando que su altura es 1,65 veces una altura fija, a la que llamamos metro:

altura = 1,65 m

• magnitud que estamos midiendo
• valor numérico
• unidad (o cantidad de referencia)

La medida de cualquier magnitud posee dos partes: un valor numérico y la unidad empleada. Es por ello por lo que debemos ser cuidadosos al indicar las unidades de medida de los resultados obtenidos.

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Algunas medidas podemos realizarlas directamente con aparatos de medida. Estos aparatos de medida son instrumentos destinados a la medida de magnitudes.

Por el contrario, la medida de otras magnitudes (como la superficie, la densidad, la aceleración, etc.) no se realiza directamente con aparatos de medida, sino que se calcula indirectamente. Por ejemplo:

• La superficie de un rectángulo la calculamos multiplicando la base por la altura: S = b · h
• La densidad de un metal la calculamos dividiendo su masa entre su volumen: d = m / V

2.2. Magnitudes Fundamentales y Derivadas. Sistema Internacional de Unidades (SI)

Todas las magnitudes que existen pueden clasificarse en dos grandes tipos:

• Las magnitudes fundamentales: son las más sencillas y de uso más habitual. La comunidad científica ha acordado que son siete, cuyas unidades (llamadas unidades fundamentales) se han designado arbitrariamente a fin de que en todas partes se utilicen las mismas. Todas forman el Sistema Internacional de Unidades (SI). Son las siguientes:

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• Las restantes magnitudes se llaman magnitudes derivadas, ya que se obtienen por combinación de las fundamentales. Algunos ejemplos, y sus unidades en el SI, son las siguientes:

2.3. Redondeo de los Resultados

Cuando realizamos operaciones, es habitual encontrarse con números que tienen muchas cifras decimales. En tal caso, redondearemos siempre los resultados (salvo que nos indiquen lo contrario) a las dos primeras cifras decimales, teniendo en cuenta las siguientes reglas:

• Si la tercera cifra decimal es 5 o mayor, entonces sumamos una unidad a las dos cifras anteriores. Ejemplo: 2,15555 m → 2,16 m
• Si la tercera cifra decimal es inferior a 5, entonces las dos primeras cifras decimales se quedan como estaban. Ejemplo: 4,5623 kg → 4,56 kg

El redondeo a una cifra decimal o a la unidad se hará de manera similar. Por ejemplo:

• Redondear 23,6823 km a una cifra decimal (es decir, a las décimas): 23,6823 km → 23,7 km
• Redondear 7,5 kg a la unidad: 7,5 kg → 8 kg

2.4. Notación Científica; Múltiplos y Submúltiplos

La notación científica es una forma de escribir cantidades muy grandes o muy pequeñas (próximas a cero) como el producto de un número decimal con una sola cifra entera y de una potencia de base 10 y de exponente positivo o negativo. Es muy útil, pues facilita la escritura y los cálculos con este tipo de números.

Ejemplos:

• 456000000 = 4,56·10⁸
• 0,0000012 = 1,2·10^-6
• 10000 = 10⁴

El SI permite escribir valores muy grandes o muy pequeños de las distintas magnitudes utilizando múltiplos y submúltiplos, los cuales se indican con un prefijo y se escriben con una abreviatura delante de la unidad correspondiente. Son los siguientes:

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Factor Multiplicador

El factor multiplicador es el número por el que tienes que multiplicar la medida para transformarla en la unidad. Por ejemplo, consultando en la tabla vemos que:

• 2 km = 2·10³ m
• 5 Mm = 5·10⁶ m
• 3 nm = 3·10^-9 m

2.5. Cambios de Unidades; Factores de Conversión

Realizamos cambios de unidades cuando deseamos expresar el resultado de una medida en una unidad distinta a la obtenida. Para ello, utilizamos unas fracciones llamadas factores de conversión.

Un factor de conversión es una fracción en la que el numerador es equivalente al denominador. Para transformar unidades mediante este método, deben seguirse los siguientes pasos:

Ejemplo: Transformar 26,7 hm a m

• Escribimos la medida que queremos transformar y la multiplicamos por un factor de conversión (fracción).

26,7 hm = 26,7 hm ·

• Dicho factor de conversión (fracción) debe contener en el numerador y en el denominador la equivalencia entre la unidad que vamos a sustituir (hm) y la nueva (m). En este caso, la equivalencia sería:

1 hm = 100 m

Cuando escribamos dicha equivalencia, daremos el valor unidad a la mayor de ellas. Por ejemplo: es más fácil entender 1 hm = 100 m que 1 m = 0,01 hm, aun siendo dos equivalencias válidas.

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• Colocaremos adecuadamente en el numerador y en el denominador ambas unidades equivalentes, de tal forma que se consiga eliminar la unidad que no queremos (hm). En este caso, 100 m irá arriba y 1 hm irá abajo.

26,7 hm = 26,7 hm · (100 m / 1 hm)

• Por último, haremos las operaciones y comprobaremos que el resultado queda expresado en la unidad deseada:

26,7 hm = 26,7 hm · (100 m / 1 hm) = 26,7 · 100 = 2670 m

El método de los factores de conversión es especialmente útil en el caso de las unidades derivadas, como ocurre en las unidades de velocidad o de densidad.

Ejemplos:

• Expresa en el SI la siguiente velocidad:

100 km/h = 100 km/h · (1000 m / 1 km) · (1 h / 3600 s) = 27,78 m/s

• Expresa en el SI la siguiente densidad:

1 g/cm³ = 1 g/cm³ · (1 kg / 1000 g) · (1000000 cm³ / 1 m³) = 1000 kg/m³

Para unidades de superficie y de volumen, tendremos en cuenta la siguiente tabla de equivalencias:

Ejemplos:

1) Transformar 15000 dL a m³

Podemos hacerlo de dos formas:

a) Transformamos primero los dL a L (tendremos, por lo tanto, dm³) y después transformaremos estos dm³ a m³

15000 dL · (1 L / 10 dL) = 15000 · 1 / 10 = 1500 L = 1500 dm³

1500 dm³ · (1 m³ / 1000 dm³) = 1500 · 1 / 1000 = 1,5 m³

b) Transformamos primero los dL a kL. De esta forma, tendríamos ya m³

15000 dL · (1 kL / 10000 dL) = 15000 · 1 / 10000 = 1,5 kL = 1,5 m³

2) Transformar 0,025 dam³ a dL

También puede hacerse de varias formas:

a) Transformando primero los dam³ a m³ (que equivalen a kL) y estos kL a dL.

0,025 dam³ · (1000 m³ / 1 dam³) = 0,025 · 1000 / 1 = 25 m³ = 25 kL

25 kL · (10000 dL / 1 kL) = 25 · 10000 / 1 = 250000 dL

b) Transformando primero los dam³ a dm³ (que equivalen a L) y estos L a dL.

0,025 dam³ · (1000000 dm³ / 1 dam³) = 0,025 · 1000000 / 1 = 25000 dm³ = 25000 L

25000 L · (10 dL / 1 L) = 25000 · 10 / 1 = 250000 dL

c) Transformando primero los dam³ a cm³ (que equivalen a mL) y estos a dL.

Lo haremos de la segunda forma:

3. El Trabajo en el Laboratorio

3.1. Normas de Seguridad

• No fumes, comas o bebas en el laboratorio.
• Utiliza bata y tenla siempre bien abrochada, así protegerás tu ropa.
• Utiliza gafas de seguridad para evitar salpicaduras.
• No toques con la mano los productos químicos, utiliza los guantes de seguridad.
• En los puestos de laboratorio o en el suelo, no puede haber prendas de vestir, mochilas, etc., que puedan entorpecer el trabajo.
• Procura llevar siempre el pelo recogido dentro del laboratorio.
• Evita colgantes, pulseras y cualquier objeto que dificulte tu movilidad (bufandas, pañuelos, etc.).
• Si tienes alguna herida en la mano, tápala con una venda y ponte guantes.
• Es conveniente lavarse las manos al entrar y al salir del laboratorio y cuando se produzca un contacto con productos químicos o biológicos.
• Nunca inhales u huelas un producto químico.
• No es recomendable el uso de lentillas en el laboratorio, ya que, si tiene lugar una salpicadura, el líquido contaminante puede quedar entre el ojo y la lentilla y causarte lesiones muy graves.

https://www.youtube.com/watch?time_continue=17&v=BRDApYgvDqQ

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3.2. El Material de Laboratorio

1. Vaso de Precipitados
2. Matraz Erlenmeyer
3. Matraz Aforado
4. Probeta
5. Embudo
6. Bureta
7. Pipeta y Aspirador
8. Embudo de Decantación
9. Espátula
10. Soporte y Pinza
11. Vidrio de Reloj
12. Matraz Redondo
13. Cristalizador
14. Gradilla con Tubos de Ensayo
15. Frasco Lavador
16. Guantes y Gafas de Protección
17. Varilla de Vidrio
18. Hornillo Eléctrico
19. Balanza Electrónica
20. Termómetro
21. Matraz de Destilación y Refrigerante

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1. Vaso de Precipitados: Se pueden encontrar de 10, 50, 100, 250, 500… mL. Es el recipiente de uso más frecuente y variado. Sirve para trasvasar líquidos, calentarlos, mezclarlos, disolver sustancias, realizar reacciones químicas y muchos más usos.
2. Matraz Erlenmeyer: Presenta graduación para la medida aproximada del líquido que contiene. Se utiliza en volumetrías por la facilidad para ser agitado sin derramar líquido. También se emplea para recoger líquidos en montajes de destilaciones.
3. Matraz Aforado: Permite medir de forma exacta volúmenes de líquidos. En la parte del cuello, presenta una marca o enrase, que indica la altura que debe alcanzar el líquido para que el matraz contenga la capacidad que indica. Los de uso más frecuente son de 50, 100, 250, 500 y 1000 mL. Se utiliza para preparar disoluciones de concentración conocida.
4. Probeta: Es un tubo de vidrio con base. Presenta graduación y se emplea para medidas de volúmenes. Las capacidades más frecuentes son 10, 25, 50, 100, 500 y 1000 mL.
5. Embudo: Facilita el trasvase de líquidos o disoluciones de un matraz a otro. También se emplea para filtrar por gravedad, colocándole un cono de papel de filtro.
6. Bureta: Similar a una pipeta, pero dispone de una llave que permite medir volúmenes de líquidos con precisión.
7. Pipeta y Aspirador: Presentan una graduación, o escala de divisiones, en 1,0 mL, 0,1 mL o 0,01 mL, dependiendo de la capacidad de la pipeta. Sus capacidades más frecuentes son: 5, 10, 25 y 50 mL. El aspirador es un aparato que se usa con la pipeta, actúa aspirando aire y llena la pipeta de líquido; con una rueda, facilita el enrase y un orificio que, al liberarlo, facilita el trasvase del contenido.
8. Embudo de Decantación: Se emplea para separar dos líquidos inmiscibles.
9. Espátula: Permite coger pequeñas cantidades de productos sólidos. Pueden disponer de una cucharilla en el extremo.
10. Soporte y Pinza: Se emplean para construir los diferentes montajes. Junto con las nueces y pinzas, sujetaremos todos los aparatos del montaje.
11. Vidrio de Reloj: Denominado así por su forma, su principal uso es para pesar pequeñas cantidades de productos sólidos.
12. Matraz Redondo: Se usa para calentar líquidos.
13. Cristalizador: Su principal uso es el de cristalizar el soluto de una disolución, por evaporación del disolvente.
14. Gradilla con Tubos de Ensayo: Los tubos de ensayo se utilizan para contener pequeñas muestras líquidas o sólidas y realizar reacciones químicas a pequeña escala.
15. Frasco Lavador: Permite disponer de agua destilada en la preparación de disoluciones. Ayuda a arrastrar el soluto que queda adherido a las paredes de los recipientes.
16. Guantes y Gafas de Protección: Los guantes protegen del contacto con productos corrosivos y nocivos para la piel. Las gafas de plástico protegen de salpicaduras que, de alcanzar los ojos, pueden ser muy peligrosas.
17. Varilla de Vidrio: Utilizado para agitar líquidos y facilitar la disolución de sólidos.
18. Hornillo Eléctrico: Fuente de calor para calentamiento de líquidos con ayuda de recipientes como vasos de precipitados.
19. Balanza Electrónica: Para medir la masa.
20. Termómetro: Para medir temperaturas.
21. Matraz de Destilación y Refrigerante: Se emplean en la destilación o separación de líquidos con distinto punto de ebullición.