capítulo 1 Naturaleza de la ciencia sección 1 Los métodos de la ciencia Lo que aprenderás cómo los científicos resuelven los problemas por qué los científicos usan variables cómo se comparan y contrastan la teoría y las leyes científicas Antes de leer Cuando escuchas la palabra científico, en qué piensas? Haz una lluvia de palabras que describan un científico. Escríbelas en las siguientes líneas. Identifica Resalta cada encabezado que sea una pregunta. Usa un color de marcador diferente para resaltar las respuestas a las preguntas. A Aumenta tu vocabulario Haz el siguiente Modelo de papel para aprender los términos clave de esta sección. Necesitarás hacer más de un Modelo de papel como ayuda. Variable Variable dependiente Variable independiente Constante Control Método científico Hipótesis Experimento 2 CAPÍTULO 1 Naturaleza de la ciencia Lee para aprender Qué es ciencia? Ciencia no sólo es una asignatura que se estudia en la escuela. Ciencia es una manera de estudiar el mundo. La palabra ciencia viene de una palabra latina que significa conocimiento. La ciencia es una forma de aprender o conseguir conocimientos mediante la observación y la investigación. La naturaleza sigue una serie de reglas. Las reglas para entender cómo funciona el cuerpo humano son complicadas. Las reglas para entender el patrón de rotación de la Tierra una vez cada 24 horas sobre su eje son más simples. Los científicos preguntan para aprender sobre el mundo natural. Cuáles son las principales categorías de la ciencia? La ciencia cubre muchos temas diferentes. Estos temas se clasifican en tres categorías principales: ciencias de la vida, ciencias de la Tierra y ciencias físicas. Las ciencias de la vida estudian los seres vivos. Las ciencias de la Tierra estudian la Tierra y el espacio. Las ciencias físicas estudian la materia y la energía. En este libro estudiarás principalmente ciencias físicas. También aprenderás cómo en ocasiones estas tres categorías principales se entrecruzan. Cómo la ciencia explica la naturaleza? Las explicaciones de los científicos ayudan a entender el mundo natural. Los científicos investigan y usan la tecnología para conseguir nueva información. A veces, esta nueva información cambia las explicaciones científicas. En el siglo XVIII, la mayoría de los científicos pensaba que el calor era un fluido. Después de muchos estudios concluyeron que no lo era.
Métodos científicos Un método científico es un conjunto de pasos usados en una investigación. Cuando hacen una investigación, los científicos siguen pasos similares a los que se presentan a continuación. Estos pasos sirven de guía para el científico, algunos se pueden repetir, otros se pueden omitir. El diagrama de flujo muestra seis pasos comunes a varios métodos científicos. Plantear el problema " Qué material se puede usar para cubrir el transbordador espacial para impedir que se queme durante su reingreso a la atmósfera terrestre?" Reunir información Investiga sobre los puntos de fusión y otras propiedades de diferentes materiales, incluidos materiales recién creados. 1. Saca conclusiones Por qué se podrían omitir o cambiar pasos de los métodos científicos? Modificar la hipótesis Formular una hipótesis Hipótesis: un material cerámico determinado se podría usar para hacer un revestimiento de protección para el transbordador espacial. Comprobar la hipótesis Construir dos modelos de transbordadores idénticos. Cubrir uno con el material cerámico y el otro con un material diferente. Exponer ambos modelos a fuertes ráfagas de aire súper caliente. Analizar los datos El modelo con el revestimiento de cerámica especial resistió mejor las fuertes ráfagas de aire súper caliente. Sacar conclusiones Un determinado material de cerámica parece proteger mejor al transbordador espacial modelo que los otros materiales. No se confirma la hipótesis (Replantear el problema; verificar la información reunida; comprobar los datos reunidos; modificar la hipótesis.) Repetir varias veces Se confirma la hipótesis Probar otros materiales cerámicos para ver cuál protege mejor el transbordador espacial modelo. Visualiza 2. Interpreta Por qué hay dos flechas hacia diferentes recuadros en la parte inferior del diagrama? Lecturas fundamentales 3
3. Investiga Enumera dos lugares donde podrías encontrar información sobre el desarrollo del transbordador espacial. 4. Define Cuáles son las dos clases de variables que se comprueban en los experimentos? 4 CAPÍTULO 1 Naturaleza de la ciencia Plantear un problema Muchas investigaciones científicas comienzan con una pregunta sobre cómo o por qué algo ocurre en la naturaleza y con esa pregunta se plantea el problema. En ocasiones, una pregunta se hace porque los científicos quieren mejorar algo. El trabajo inicial sobre misiles guiados demostró que los instrumentos en el cono de la nariz necesitaban un material para protegerlos del calor. Más adelante, científicos de la Administración Nacional de la Aeronáutica y el Espacio (NASA) quisieron encontrar un material para proteger al transbordador espacial del calor y de las fuerzas al regresar a la atmósfera terrestre. Investigar y reunir información Resulta importante estudiar un problema antes de hacer cualquier prueba. A veces, alguien ya ha resuelto un problema similar. Los científicos de la Nasa reunieron información sobre los puntos de fusión y otras propiedades de los diferentes materiales que se podrían usar. También realizaron pruebas sobre materiales recién creados. Formular una hipótesis Una hipótesis es una posible explicación para una pregunta o un problema usando lo que sabes y observas. Un científico que formula una hipótesis debe estar seguro de que se puede comprobar. Los científicos de la Nasa sabían que determinado material de cerámica se había usado para proteger los conos de la nariz de misiles guiados. Formularon una hipótesis de que un material de cerámica también podría proteger el transbordador espacial. Comprobar una hipótesis Algunas hipótesis se comprueban simplemente mediante observaciones. Construir un modelo puede ser la mejor manera de comprobar una hipótesis. Los científicos también usan un experimento para comprobar una hipótesis. En el experimento se observa cómo una cosa afecta a otra bajo condiciones controladas. Los científicos de la Nasa construyeron transbordadores espaciales modelo y los revistieron con diferentes materiales, poniéndolos a prueba en ambientes simulados de reingreso a la atmósfera terrestre, para ver cuál daba la mejor protección. Variable Usualmente un experimento tiene por lo menos dos variables. Una variable es un factor que causa un cambio en los resultados de un experimento. Supón que planteas un experimento para ver cuál fertilizante hace crecer más a las plantas. Primero, debes pensar en todos los factores que pueden hacer que una planta crezca más. Ellos incluyen tipo de planta, cantidad de luz solar, cantidad de agua, tipo de suelo y cantidad de fertilizante. En este experimento, el crecimiento es una variable dependiente porque su valor varía según los cambios en las demás variables. La otra variable es la cantidad de fertilizante. La variable independiente se cambia para ver cómo afecta a la variable dependiente.
Constantes y controles Para que una investigación sea correcta, todos los factores deben permanecer iguales. Una constante es un factor de un experimento, que no cambia. En el experimento del fertilizante, las constantes son la cantidad de agua y de luz solar que las plantas reciben y la temperatura a la cual se mantienen. Son iguales para todas las plantas puestas a prueba. Tres plantas reciben diferentes cantidades de fertilizantes, que es la variable independiente. Un control se usa para comparar los resultados del experimento. Una planta es un control y no recibe fertilizante, pero sí la misma cantidad de luz solar, agua y temperatura que las otras plantas. Supón que después de varios días la planta de control crece entre 2 y 3 cm. Si la planta sin fertilizar crece solamente 1.5 cm, podrías inferir que el mayor crecimiento de las plantas fertilizadas fue por el fertilizante. Analizar los datos Una parte importante de un experimento es anotar las observaciones y organizar la información. Todos los resultados y las observaciones se deben anotar durante un experimento. Muchos descubrimientos importantes se han hecho a partir de resultados inesperados. La información o los datos se deben organizar en una tabla o gráfica fácil de leer. Más adelante en este capítulo aprenderás cómo presentar tus datos. Entender que significan los datos y las observaciones también es importante. Los datos se deben organizar con lógica. Los datos mal organizados pueden llevar a una conclusión errónea. Los científicos comparten sus datos mediante informes y reuniones. Ellos pueden estar en desacuerdo en algunos datos, sin importar cómo se presenten. Sacar conclusiones Los científicos observan sus datos y deciden si confirman la hipótesis. Si los datos son iguales después de muchos experimentos, la hipótesis se confirma. En caso contrario, los científicos pueden cambiarla o modificar el experimento. Algunas veces otros científicos no están de acuerdo con las conclusiones, entonces diseñan nuevos experimentos para comprobar la hipótesis. Con el tiempo, los datos confirmarán una hipótesis válida. Ser objetivos Los científicos deben evitar el sesgo. El sesgo se presenta en un experimento cuando un científico espera que ocurra algo y permite que esto influya en la manera de establecer los resultados. Los científicos tratan de reducir el sesgo realizando el experimento muchas veces y tomando notas detalladas sobre las observaciones. Además, otros científicos repiten el mismo experimento para ver si obtienen los mismos resultados. 5. Clasifica Es la planta que no recibe fertilizante en el experimento una variable, una constante o un control? 6. Enumera dos razones por las cuales los datos deben estar organizados. Lecturas fundamentales 5
7. Explica Qué son modelos? 8. Enumera tres diferencias entre un simulador de vuelo y un avión real. Visualizar con modelos En ocasiones, los científicos no pueden ver todo lo que están comprobando. Podrían estar estudiando algo demasiado grande o pequeño para verlo. Incluso podrían necesitar mucho tiempo para verlo completamente. En estos casos, los científicos usan modelos. Un modelo representa una idea, evento u objeto para ayudar a las personas a entenderlo mejor. Un modelo puede ser un objeto físico, como una versión en pequeña escala del transbordador espacial. Un modelo también se puede representar mediante un dibujo en papel o un programa de computadora. Modelos en la historia Durante toda la historia se han usado modelos. Lord Kelvin, un científico que vivió en Inglaterra en el siglo XIX, fue famoso por hacer modelos. Para hacer un modelo de su idea de cómo la luz viaja a través del espacio, ponía bolas en un tazón de gelatina y pedía a la gente que las moviera con las manos. El trabajo de Kelvin para explicar la temperatura y el calor todavía se usa. Qué son los modelos de alta tecnología? Los modelos científicos no tienen que ser algo que puedas tocar. Muchos científicos usan computadoras para construir modelos. Los modelos de computadora sirven para resolver ecuaciones matemáticas difíciles. La Nasa usa computadoras en experimentos con vuelos espaciales para resolver ecuaciones muy complicadas o demasiado largas para resolverlas a mano. Otro tipo de modelo es un simulador. Un simulador puede crear las condiciones que se encuentran en la vida real. Por ejemplo, un simulador de vuelo es un modelo que ayuda a los pilotos a suponer que están volando un avión. El piloto prueba diferentes formas de resolver problemas. El simulador reacciona de la misma manera que un avión real cuando vuela, pero no representa ningún peligro para el piloto ni para la nave. Leyes y teorías científicas Una teoría científica es una manera de explicar cosas o eventos que se basan en lo aprendido a partir de muchas observaciones e investigaciones. Cuando estas observaciones e investigaciones se han repetido muchas veces y confirman la hipótesis, entonces la hipótesis se convierte en una teoría. La aparición de nueva información puede cambiar la teoría. 6 CAPÍTULO 1 Naturaleza de la ciencia
Una ley científica es un enunciado sobre lo que sucede en la naturaleza y parece ser verdad todo el tiempo. Una ley explica qué ocurrirá bajo ciertas condiciones, pero no explica por qué o cómo ocurre. Las teorías se usan para explicar cómo y por qué funcionan las leyes. La gravedad es un ejemplo de una ley científica. La ley de gravedad dice que una masa atraerá a otra masa. Hasta la fecha, ningún experimento ha demostrado que esta ley no sea verdad. Las limitaciones de la ciencia La ciencia explica muchas cosas del mundo, pero no puede explicarlo todo. Las preguntas sobre las emociones o los valores no las puede responder la ciencia. Una encuesta sobre la opinión de las personas no probaría si estas opiniones son verdaderas para todos. Los científicos hacen predicciones cuando realizan experimentos. Luego, estas predicciones son comprobadas y verificadas mediante un método científico. Uso de ciencia-tecnología Las palabras ciencia y tecnología se suelen usar indistintamente. Sin embargo, las dos tienen significados diferentes. La tecnología es la aplicación de la ciencia para ayudar a las personas. Por ejemplo, los métodos científicos se usan cuando un químico desarrolla un nuevo material. Cuando este material se usa en el transbordador espacial, se aplica la tecnología. En ocasiones, la tecnología sigue a la ciencia. Por ejemplo, cuando se inventó el motor a vapor, nadie sabía exactamente cómo funcionaba. Los científicos lo estudiaron y aprendieron al respecto. Esto los llevó a descubrir nuevas ideas sobre la naturaleza del calor. No toda la tecnología produce algo bueno. Algunas personas cuestionan los beneficios de algunas tecnologías como la energía nuclear. Aprender más sobre la ciencia puede ayudar a la sociedad a tomar decisiones sobre estos temas. 9. Replantea Qué es una ley científica? 10. Piensa críticamente Da un ejemplo de cuándo la tecnología es una aplicación de la ciencia. Lecturas fundamentales 7
Después de leer Miniglosario constante: condición que no cambia en un experimento control: estándar en un experimento frente al cual se comparan los resultados experimento: investigación que comprueba una hipótesis mediante la reunión de información bajo condiciones controladas hipótesis: explicación de una pregunta o un problema, que se puede comprobar ley científica: enunciado sobre lo que ocurre en la naturaleza y parece verdad todo el tiempo método científico: los pasos que un científico sigue cuando realiza una investigación modelo: cualquier cosa que representa una idea, evento u objeto para mejorar el entendimiento sesgo: lo que se espera que cambie la manera de interpretar los resultados teoría: explicación confirmada por una gran cantidad de evidencia científica, obtenida de muchas investigaciones y observaciones diferentes variable: cantidad que puede tener más de un valor único variable dependiente: la condición de un experimento que resulta de los cambios hechos a la variable independiente variable independiente: en un experimento, la condición que se comprueba 1. Repasa los términos y las definiciones en el Miniglosario. Escribe una oración que explique cómo el sesgo puede influir en un experimento. 2. Completa el siguiente diagrama para organizar la información que has aprendido en esta sección. Escribe en orden los siguientes pasos de los métodos científicos. Analizar los datos, Comprobar la hipótesis, Plantear el problema, Sacar conclusiones, Reunir información, Formular una hipótesis Fin de la sección 8 CAPÍTULO 1 Naturaleza de la ciencia