La Física y la Química son ciencias experimentales porque utilizan la experimentación para realizar sus estudios.

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1 RESUMEN de la UNIDAD 1. LA CIENCIA Y LA MEDIDA 1. La ciencia Se define la ciencia como un conjunto de conocimientos sobre el mundo obtenidos mediante la observación, la experimentación y el razonamiento, de los que se deducen leyes a partir de las cuales construyen teorías comprobables. La Física y la Química son ciencias experimentales porque utilizan la experimentación para realizar sus estudios. La Física es la ciencia que estudia cualquier cambio en la materia en el que no se altera la naturaleza de la misma. Estos cambios se denominan fenómenos físicos. La Química es la ciencia que estudia la composición, las combinaciones y transformaciones de las sustancias que afectan a su propia naturaleza. Estos cambios se denominan fenómenos químicos. 2. El trabajo con las ciencias experimentales: el método científico Se denomina método científico al procedimiento que siguen las personas que trabajan con la ciencia para estudiar los problemas y llegar a conclusiones ciertas. El método científico sigue, en general, los siguientes pasos: 1. Observación. Consiste en examinar y analizar un fenómeno concreto planteándose preguntas sobre el mismo. 2. Formulación de hipótesis. Consiste en dar una posible explicación del fenómeno y responder a las preguntas planteadas. 3. Experimentación. Se intentan reproducir los fenómenos observados en condiciones controladas para verificar si las hipótesis son verdaderas. 4. Análisis de resultados. Para lo que se organizan los datos obtenidos en el experimento realizado y se estudian para ver si nos permiten dar validez, o no, a las hipótesis formuladas. 5. Obtención de conclusiones, leyes o teorías. Tras analizar los resultados redactamos una serie de conclusiones que nos permitirán confirmar o rechazar las hipótesis estableciendo, en algunos casos, una ley o una teoría científica mediante las que podremos predecir algún fenómeno observable en el futuro. 6. Publicación de resultados. Se dan a conocer los resultados obtenidos para que otros científicos puedan reproducirlos o utilizarlos para sus propios estudios. 3. La materia y sus propiedades La Física y la Química son ciencias que estudian la composición de la materia y las transformaciones que esta puede experimentar. Materia es todo aquello que ocupa un lugar en el espacio y que tiene masa. Las propiedades de la materia son aquellas características de las mismas que podemos valorar. Dependiendo de cómo se valoren las propiedades pueden ser: Propiedades cuantitativas: se valoran con un número y una unidad (masa, volumen, temperatura ). Propiedades cualitativas: se describen con palabras (color ) 1

2 Dependiendo de su relación con el tamaño: Propiedades extensivas: dependen del tamaño del objeto (masa, longitud,..). Propiedades intensivas: no dependen del tamaño (color, densidad, ). Dependiendo de si permite o no identificar la materia: Propiedades generales: están presentes en cualquier materia y pueden tomar cualquier valor, por lo que no permiten identificar la materia (masa, volumen, temperatura, ). Propiedades características o específicas: tienen un valor propio y característico para cada tipo de materia y, por tanto, nos sirve para identificarla (densidad, dureza, temperatura de ebullición, ). Las propiedades características de la materia son muy importantes desde el punto de vista físico y químico porque nos va a permitir identificar la materia. Las más utilizadas son: Densidad La densidad es una magnitud que relaciona la cantidad de materia que tenemos con el volumen que ocupa. Se calcula dividiendo la masa entre el volumen. Dureza La dureza de un material es su resistencia a ser rayado. Se mide en una escala que va de 1 a 10 (escala de Mohs). d = Solubilidad en agua La solubilidad en agua de una sustancia mide la cantidad de la misma que se puede disolver en 100 g de agua. Temperatura de fusión La temperatura de fusión es la temperatura a la que una sustancia en estado sólido pasa al estado líquido. Coincide con aquella a la que el mismo líquido pasa al estado sólido. Temperatura de ebullición La temperatura de ebullición es la temperatura a la que hierve un líquido. Conductividad térmica La conductividad térmica de un material mide su capacidad para propagar el calor. Conductividad eléctrica La conductividad eléctrica de un material mide su capacidad para transmitir una corriente eléctrica. 4. La medida Muchas de las propiedades de un cuerpo o un sistema material son cuantitativas, es decir, las valoramos dando un valor numérico y una unidad, que podemos obtener midiéndolos con el instrumento adecuado. Llamamos magnitud a cualquier característica de la materia que se puede medir, es decir, que se puede expresar mediante un número y una unidad. Medir una magnitud es compararla con una cantidad, que llamamos unidad, para ver cuántas veces la contiene. 2

3 Una unidad es una cantidad de una determinada magnitud que tomamos como referencia para comparar el valor de la medida. Podríamos utilizar un lápiz para medir la longitud de nuestro cuaderno de Física y Química y decir que mide 2 lápices pero no obtendríamos el mismo resultado si empleásemos otro lápiz. Para que el resultado de una medida sea adecuado, la unidad empleada debe ser: constante, siempre la misma en todos los lugares; universal, que pueda ser utilizada por cualquiera, y fácil de reproducir, que resulte sencillo obtener muestras de esa unidad El Sistema Internacional de unidades Emplear diferentes unidades hace que resulte difícil comparar valores, por eso la Conferencia General de Pesas y Medidas ha establecido un conjunto de unidades llamado Sistema Internacional (SI) junto con unos múltiplos y submúltiplos de esas unidades que nos va a permitir expresar cantidades muy grandes o muy pequeñas El Sistema Internacional (SI) de unidades establece una serie de normas para expresar el símbolo de las unidades, los múltiplos y submúltiplos. El símbolo de las unidades se escribe en minúscula salvo que se refiera al nombre de una persona. El símbolo de los múltiplos y submúltiplos se escribe delante de la unidad. Los símbolos nunca llevan la s del plural Magnitudes fundamentales y derivadas Llamamos magnitudes fundamentales a las más básicas, que se pueden medir directamente comparándolas con la unidad correspondiente, y magnitudes derivadas a las que se obtienen a partir de las fundamentales mediante expresiones matemáticas. Para que los científicos se pusieran de acuerdo en qué magnitudes eran fundamentales y las unidades apropiadas para cada magnitud, se estableció el Sistema Internacional de unidades (SI), que considera siete magnitudes fundamentales. Magnitud Longitud Masa Tiempo Temperatura Cantidad de sustancia Intensidad de corriente Intensidad luminosa Unidad en el SI Metro Kilogramo Segundo Kelvin Mol Amperio Candela Símbolo m kg s K mol A cd Magnitudes derivadas del Sistema Internacional Magnitud Superficie Volumen Densidad Velocidad Aceleración Fuerza Presión Energía Símbolo S V d v a F P E Unidad m 2 m 3 kg/m 3 m/s m/s 2 N (newton) 4.3. Múltiplos y submúltiplos. Notación científica Pa (Pascal) J (Julio) Para facilitar la escritura y el manejo de números muy grandes o muy pequeños con respecto a la unidad, se utilizan una serie de múltiplos y submúltiplos. 3

4 Múltiplos y submúltiplos del Sistema Internacional Factor Prefijo Símbolo Factor Prefijo Símbolo tera T 10 1 deci d 10 9 giga G 10 2 centi c 10 6 mega M 10 3 mili m 10 3 kilo k 10 6 micro µ 10 2 hecto h 10 9 nano n 10 deca da pico p La notación científica consiste en escribir las cantidades con una cifra entera seguida o no de decimales y la potencia de diez adecuada: A, B 10 c. Para números mayores que la unidad, el exponente lleva signo positivo, mientras que en los números menores que la unidad tiene signo negativo. Ejemplos: Tamaño de una célula: 0, m = m = 3 µm Distancia de la Tierra al Sol: m = 1, m = 1,496 Gm 5. El proceso de medir 5.1. Instrumentos de medida Para obtener el valor de una determinada magnitud física necesitamos utilizar instrumentos de medida, que deben tener las siguientes cualidades: Sensibilidad. Es la mínima variación de la magnitud que detecta el aparato. Fidelidad. Capacidad del instrumento de dar valores muy próximos entre sí, al repetirse la misma medida en idénticas condiciones. Precisión. Un instrumento de medida es preciso si es muy sensible y fiel. Rapidez. Es decir, dar el resultado en poco tiempo. La elección adecuada del instrumento de medida va a depender del intervalo de medida y de la precisión que necesitemos Exactitud y precisión de una medida La exactitud de una medida indica cuánto se acerca el valor medido al valor real de la magnitud que estamos midiendo. La precisión indica la cercanía entre sí de todas las medidas realizadas de una determinada magnitud física Incertidumbre de la medida Cuando queremos expresar el valor de una determinada magnitud física debemos tener en cuenta que todas las medidas están sujetas a errores. Se llama error absoluto al valor absoluto de la diferencia entre el valor real o verdadero y el valor medido. El error absoluto tiene la unidad de la magnitud que estemos midiendo. E a = V r V m Como siempre desconocemos el valor real de una magnitud, se realizan varias medidas (para minimizar los errores aleatorios) y tomamos como valor real o verdadero la media aritmética de los valores medidos. Si algún valor se aleja de forma apreciable del valor medio se descarta. 4

5 Se llama error relativo al cociente entre el error absoluto de una medida y el valor verdadero. Se suele expresar en forma de porcentaje. El error relativo no tiene unidades. Ea E r = 100 Vr 6. Cambio de unidades y factores de conversión Para transformar unas unidades en otras vamos a utilizar los factores de conversión. Un factor de conversión es una fracción que expresa la equivalencia entre dos unidades que corresponden a una misma magnitud. 1. Anota la cantidad que quieres cambiar de unidad. 2. Busca las unidades que debes transformar y la relación entre ellas. km h 1 km = m 1 h = = s 3. Escribe la cantidad que quieres cambiar seguida del factor de conversión que permita el primer cambio: km m. Escríbelo de forma que se simplifique la unidad de partida. km A continuación, escribe el factor de conversión que permite el segundo cambio: h s. Escríbelo de forma que se simplifique la unidad de partida. km h 3600 s 5. Simplifica las unidades iniciales, opera y expresa el resultado final. km h = 3600 s = = 25 m/s 5