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1 METODOLOGÍA DE LAS CIENCIAS EXPERIMENTALES
1.1 Origen de la ciencia. (como surgió?)1.2 El concepto, los intereses, objetivos y aplicaciones de la ciencia.1.3 El método científico.
1.3.1 Elementos del método científico.1.3.2 Etapas del método científico.
1.4 Modelos.1.4.1 El concepto del modelo en el pensamiento científico.1.4.2 Modelo y realidad.1.4.3 Modelos empíricos y modelos teóricos.1.4.4 El papel de la experimentación en la construcción o rechazo de un modelo.
1.1 El origen de la ciencia
• La ciencia (del latín scientia 'conocimiento') es el conjunto deconocimientos sistemáticamente estructurados, ysusceptibles de ser articulados unos con otros.
• La ciencia surge de la obtención del conocimiento mediante laobservación de patrones regulares, de razonamientos yde experimentación en ámbitos específicos, a partir de loscuales se generan preguntas, se construyen hipótesis, sededucen principios y se elaboran leyes generales y esquemasmetódicamente organizados.
1.1 El origen de la ciencia
1.2 El concepto, los intereses, objetivos y aplicaciones de la ciencia
Tarea 1
1.3 El método científico.
• Conjunto de pasos fijados de antemano por una disciplina con el fin de alcanzar conocimientos válidos mediante instrumentos confiables.
• Secuencia estándar para formular y responder a una pregunta.
• Pauta que permite a los investigadores ir desde el punto A hasta el punto Z con la confianza de obtener un conocimiento válido.
Etapas del Método Científico
• Observación• Planteamiento del problema• Hipótesis• Experimentación• Teoría• Ley
Observación
• Consiste en observar un fenómeno paraidentificar sus características y generar algunapregunta.
Planteamiento del problema
• Consiste en una explicación lo mas detalladaposible del fenómeno observado.
Hipótesis
• Consiste en formular una explicación a prioripara tratar de dar una explicación de unfenómeno observado.
Experimentación
• Consiste en realizar una serie de experimentospara reproducir de forma sistemática ycontrolada algún fenómeno observado al cualestamos tratando de dar una explicación.
Teoría
• Consiste en formular una serie de ecuacionespara explicar algún fenómeno observado.
Ley
• Consiste en formular un enunciado oproposición científica que establece unarelación constante entre dos o mas variables.
Ley de CoulombCharles‐Augustin de Coulomb (Francia, 1736 ‐ 1806).
• Carga eléctrica• Distancia
2
1,
rF
QqF
e
e
rrqQkFe ˆ2
1.4 Modelos
• En ciencias puras y, sobre todo, en ciencias aplicadas, sedenomina modelo científico a una representación: abstracta,conceptual, gráfica o visual, física, matemática,de fenómenos, sistemas o procesos a finde analizar, describir, explicar, simular ‐en general, explorar,controlar y predecir‐ esos fenómenos o procesos.
• Un modelo permite determinar un resultado final a partir deunos datos de entrada. Se considera que la creación de unmodelo es una parte esencial de toda actividad científica.
1.4 Modelos
En términos generales se puede decir que un modelo consta de:
• Reglas de representación de entrada y salida. Las reglas derepresentación permiten definir, partiendo de una realidadfísica, un conjunto de datos de entrada o input, a partir de loscuales el modelo proporcionará un output o resultado final,que también será una interpretación del efecto de lascondiciones iniciales elegidas sobre la realidad física.
•••••
input outputModelo
En términos generales se puede decir que un modelo consta de:
• Estructura interna que dependerá del tipo de modelo. Estaestructura interna permite definir una correspondencia entreel input y el output. Un modelo es determinista si al mismoinput le corresponde el mismo output y no determinista si almismo input pueden corresponderle diferentes outputs.
•••• input
output‐1Modelo
output‐2input outputModelo
1.4 Modelos
1.4 Modelos
Tipos de modelos:• Modelos físicos• Modelos matemáticos
– Modelos deterministas– Modelos estocásticos o probabilísticos– Modelos numéricos
• Modelos gráficos• Modelos analógicos• Modelos Conceptuales
1.4 Modelos
• Modelos físicosEs una representación o copia ‐generalmente aescala, ya sea mayor o menor‐ de algún objetode interés y que permite su examen endiferentes circunstancias.
Por ejemplo: modelos reducidos.
1.4 Modelos
• Modelos matemáticos:
– Modelos deterministas: Se asume que tanto los datos empleadoscomo el o los fenómeno(s) mismo(s) son completamente conocidos.(por ejemplo: la fórmula de la Ley de gravitación universal de Newton).
– Modelos estocásticos o probabilísticos: no se asume lo anterior, loque implica que el resultado es una probabilidad. (por ejemplo: Larelación de indeterminación de Heisenberg).
– Modelos numéricos: Se representan mediante un conjunto denúmeros, a partir de ellos se calculan u obtienen por algún mediootros resultados numéricos. (ejemplo: modelo de un tsunami).
1.4 Modelos
• Modelos gráficosSon la representación de datos,generalmente numéricos, mediante recursosgráficos.
1.4 Modelos
• Modelos analógicosSe basan en las analogías que se observan desde elpunto de vista del comportamiento de sistemasfísicos diferentes que, sin embargo, están regidospor formulaciones matemáticas idénticas.
Por ejemplo, hasta los años 1970 el modelaje desistemas de aguas subterráneas se realizaba conredes eléctricas de resistencias y condensadores.Este procedimiento, se sustituyó con el modelajepuramente matemático.
Circuito Eléctrico
Modelo Matemático
1.4 Modelos
• Modelos ConceptualesEstos modelos implican un alto nivelde abstracción, concentrándose en aspectos decategorías semánticas o conceptuales que sonconsiderados fundamentales para lacomprensión de lo representado.
ejemplos: Modelo atómico de Bohr.
Niels Henrik David Bohr (Copenhague, Dinamarca; 7 de octubre de 1885 – ibídem; 18 de noviembre de 1962).
Modelos reducidos
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Ley de Gravitación de Newton
M
m
r
FF
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rr
MmGF ˆ2
Indeterminación de Heisenberg
Posición: (x, y)
Velocidad: V
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Animation of March 11, 2011 Honshu tsunami propagation across the Pacific
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