La naturaleza de la ciencia y el universo

Método científico. Experimentación. Universo. Galaxias. Estrellas. Origen. Teoría nebular

  • Enviado por: Paula Fidalgo
  • Idioma: castellano
  • País: España España
  • 7 páginas
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TEMA 1: LA NATURALEZA DE LA CIENCIA.

¿Qué es la ciencia?

La ciencia es el conjunto de conocimientos obtenidos mediante la observación y el razonamiento, sistemáticamente estructurados y de los que se deducen principios y leyes generales.

El método científico.

'La naturaleza de la ciencia y el universo'

El método científico es un proceso destinado a explicar fenómenos, establecer relaciones entre los hechos y enunciar leyes que expliquen los fenómenos físicos del mundo y permitan obtener, con estos conocimientos, aplicaciones útiles al hombre.

Pasos del método científico:

DUDA, PROBLEMA O PREGUNTA: Una vez que se ejecuta la observación, surgen una o más preguntas, generalmente generadas por la curiosidad del observador. La pregunta surgida debe ser coherente con la realidad o el fenómeno observado, y debe adherirse a la lógica. El investigador siempre debe tener en cuenta que las preguntas que comienzan con un "por qué" son muy difíciles (si no imposibles) de contestar.

Luego, el observador, mediante razonamiento inductivo, trata de dar una o más respuestas lógicas a las preguntas. Cada respuesta es una introducción que puede servir como una guía para el resto de la investigación. Estas soluciones preliminares a un problema son las HIPÓTESIS.

Hipótesis es una declaración que puede ser falsa o verdadera, y que debe ser sometida a comprobación (experimentación). Los resultados de la experimentación determinarán el carácter final (falso o verdadero) de la hipótesis.

Después de que se ha enunciado una o más hipótesis, el investigador elabora uno o más PREDICCIONES, las cuales deben ser consistentes con las observaciones e hipótesis. Para hacer esto, el investigador usa el razonamiento deductivo.

Enseguida, las predicciones son sometidas a pruebas sistemáticas para comprobar su ocurrencia en el futuro. Estas comprobaciones en conjunto reciben el nombre de EXPERIMENTACIÓN.

La EXPERIMENTACIÓN consiste en someter a un sujeto o proceso a variables controladas de manera artificial.

En experimentación controlada debemos tener dos grupos de prueba: un sujeto llamado grupo de control, y otro llamado grupo experimental. El grupo de control y el grupo experimental, son sometidos a las mismas condiciones, excluyendo la variable que se ha elegido para el estudio. El grupo de control no es sometido a la variable, sólo se somete al grupo experimental. Se observan los resultados y se registran las diferencias entre ambos grupos. Si el investigador nota una diferencia entre ambos grupos, entonces puede deducir una respuesta. Conforme la investigación avanza, las hipótesis falsas se rechazan una a una, hasta obtener la respuesta más aceptable de todas las hipótesis que se presentaron inicialmente. Cuándo la hipótesis se verifica, entonces se procesa la declaración final, que en ciencias se llama TEORÍA.

TEORÍA: Teoría es una declaración parcial o totalmente verdadera, verificada por medio de la experimentación o de las evidencias y que sólo es válida para un tiempo y un lugar determinados.

Si la teoría se verificara como verdadera en todo tiempo y lugar, entonces es considerada como LEY.

LEY: Una teoría está sujeta a cambios, una ley es permanente e inmutable. Una ley es comprobable en cualquier tiempo y espacio en el Cosmos. Sin embargo, una teoría es verdadera sólo para un lugar y un tiempo dados.

Por ejemplo, la Evolución es una teoría que se perfecciona de acuerdo a nuevos descubrimientos, mientras que lo relacionado con la Gravitación Universal es una ley, pues ocurre en todo tiempo y lugar del universo conocido.

Refutación (falsación) de hipótesis o teorías.

FALSACIÓN: Estrategia que busca la premisa falsa que anula la hipótesis (busca la contradicción).

Otra denominación:

REFUTACIÓN: Acción o proceso por el cual se rechaza o invalida un enunciado por medio de argumentos que permiten probar su falsedad.

Las variables de la experimentación. Conceptos y tipos.

Los factores que pueden influir en un experimento se llaman variables.

Las variables que influyen en la experiencia, deberemos decidir cuales de ellas permanecerán fijas (variables controladas), cuales variaremos en el experimento (variables independientes) y cuales otras se modificarán si cambiamos las variables independientes (variables dependientes).

Variables controladas

Puede haber otras variables que el investigador prefiere no incluir en el estudio, no pretende estudiar su influjo en la variable dependiente. Para que no interfieran en la interpretación de los resultados, las neutraliza. Son variables controladas.

Hay muchas maneras de neutralizar variables en los distintos diseños. La manera más sencilla de neutralizar una variable es eliminarla, no incluirla en el estudio (todos varones, o todos con los mismos conocimientos previos, etc.) y tener en cuenta esta no inclusión al interpretar los resultados.

En términos generales tenemos tres vías para controlar o neutralizar variables:

1. Mediante el muestreo aleatorio o probabilístico. Una muestra es aleatoria si todos los sujetos de la población investigada han tenido idéntica oportunidad de ser seleccionados; en este caso ninguna característica estará representada en la muestra en una proporción mayor o menor de lo que está en la población. Es importante tener una idea clara de los diversos tipos de muestras aleatorias y cómo hacer un muestreo aleatorio.

2. Mediante el diseño apropiado. Por ejemplo igualando sujetos en la variable (una o más de una) que queremos controlar (matching en inglés; tendríamos en este caso muestras relacionadas aunque se trate de sujetos físicamente distintos), o mediante un diseño de bloques igualados; en este caso el método de análisis sería un análisis de varianza factorial en el que uno de los factores es la variable que queremos controlar: en cada nivel de esa variable tenemos un grupo de sujetos igualados en la variable o variables que queremos controlar.

3. Mediante análisis estadísticos, como pueden ser las correlaciones parciales y el análisis de covarianza (una condición necesaria en el análisis de covarianza es que los sujetos estén asignados aleatoriamente a las diversas condiciones, como pueden ser grupo experimental y de control).

La variable independiente

Es aquella propiedad, cualidad o característica de una realidad, evento o fenómeno, que tiene la capacidad para influir, incidir o afectar a otras variables. Se llama independiente,  porque esta variable no depende de otros factores para estar presente en esa realidad en estudio.

Algunos ejemplos de variables independientes son; el sexo, la raza, la edad, entre otros. Veamos un ejemplo de hipótesis donde está presente la variable independiente: “Los niños que hacen tres años de educación preescolar, aprenden a leer mas rápido en primer grado.” En este caso la variable independiente es “hacen tres años de educación preescolar.” Porque para que los niños de primer grado aprendan a leer más rápido, depende de que hagan tres años de educación preescolar.

La variable dependiente 

Es aquella característica, propiedad  o cualidad de una realidad o evento que estamos investigando. Es el objeto de estudio, sobre la cual se centra la investigación en general. También la variable independiente es manipulada por el investigador, porque el investigador el puede variar los factores para determinar el comportamiento de la variable.

Por ejemplo: “Los niños que hacen tres años de educación preescolar, aprenden a leer mas rápido en primer grado.”

En este caso la variable dependiente sería “aprenden a leer mas rápido”, pero aprenden a leer mas rápido como consecuencia de que “hacen tres año de educación preescolar”. Por esta razón  se recomienda  que en el título de un trabajo siempre debe aparecer la variable dependiente, pues está es el objeto de estudio.

También existen variables independientes en algunos estudios que hasta cierto punto dependerán de “algo”, como en el ejemplo  siguiente: “Los ingresos económicos de un hospital público  puede depender de la asignación en el presupuesto nacional del país.” Como podemos observar el objeto de estudio no está influyendo en la variable independiente. De este modo, la variable independiente en un estudio se cree que está influyendo en la variable dependiente, el estudio Correlacionad se centra precisamente en esa relación.

Aspectos positivos y negativos de la ciencia

Aspectos Positivos: Tiene como finalidad mejorar la calidad de vida de los seres humanos y así mismo hacer el trabajo mas fácil, mejora la comunicación y la información entre los pueblos, ayuda a adaptar al hombre en su entorno, permite desarrollar habilidades que se transmiten a nuestras generaciones cada vez mejor, nos permite tener tiempo libre para actividades de nuestro crecimiento personal y brinda la posibilidad de solucionar problemas.

Aspectos Negativos: Minimiza nuestra capacidad intelectual, ya que nos hace dependiente y no podemos sobrevivir sin ellas, nos aleja de la interacción entre personas, su mal uso puede traer consecuencias letales, contribuye a la destrucción de la naturaleza, el uso excesivo de energía que trae como consecuencia el consumo irracional de los recursos naturales y consecuente a esto nos hace tan dependiente de sus dones hasta el punto de hacernos frágiles como especie y la heredamos a futuras generaciones.

TEMA 2: NUESTRO LUGAR EN EL UNIVERSO.

¿Qué es el universo?

El universo es todo. Toda la materia y energía junto con el espacio y el tiempo.

Estructura del universo.

La fuerza de gravedad hace que la materia se agrupe formando estructuras. Desde las más simples, como las estrellas o los sistemas solares, hasta las gigantescas murallas de galaxias.

  • Galaxias y cumulos de galaxias.

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    Galaxias: son estructuras intermedias. Agrupan familias de estrellas, gas, polvo y materia oscura. Sólo en el universo visible hay más de 100.000 millones, y pueden agrupar billones de estrellas. Muchas tienen un agujero negro en su centro. Nuestra galaxia es la Vía Láctea.

    Nuestro sistema solar pertenece a una galaxia espiral llamada Vía Láctea. Las galaxias espirales tienen un núcleo central y unos brazos espirales que pueden estar más o menos abiertos en los que se encuentran las nebulosas.

    Cúmulos de galaxias: son conjuntos de galaxias envueltos en gas caliente. Su diámetro alcanza varios millones de años luz. Las galaxias giran unas en torno a otras, unidas por la gravedad. A veces chocan o se absorben unas a otras. La Vía Láctea pertenece a un cúmulo llamado Grupo Local, formado por 25 galaxias.

  • Estrellas y sistemas planetarios: estrellas, planetas, satélites, cometas, etc.

  • Las estrellas son cuerpos celestes que emiten luz propia, pero no todas las estrellas son iguales.

    Los sistemas planetarios están formados por una estrella central o varias (sistema estelar), y distintos objetos orbitando a su alrededor. Nuestro sistema planetario, el Sistema Solar, está formado por el Sol, los diferentes planetas y una multitud de cuerpos menores.

    Los planetas es un astro que gira alrededor del Sol y no emite luz propia, sino que reflejan la luz solar. Tienen una forma esférica aplanada por los polos. Los materiales compactos están en el núcleo de cada planeta. Los gases, si los hay, forman una atmósfera sobre la superficie. Los planetas son:

    • Mercurio.

    • Venus.

    • Tierra.

    • Marte.

    • Júpiter.

    • Saturno.

    • Urano.

    • Neptuno.

    Los satélites son cuerpo natural o artificial que orbita alrededor de otro. Son aquellos que acompañan a los planetas y giran a su alrededor en todo momento.

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    Los cometas son cuerpos frágiles y pequeños, de forma irregular. Están formados por una mezcla de sustancias duras y gases congelados. Parecen manchas de luz que van dejando rastro, ya que se acercan al sol y se calientan. Cuando se aleja, se enfría by la cola desaparece.

    Los asteroides semejantes a estrellas, pero que no reúnen las características para ser tales, pero que tienen aspecto parecido a ellas, cuando son visualizados desde la Tierra.

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  • Tipos de estrellas: tamaño y color (temperatura superficial).

  • Las estrellas frías emiten la mayor parte de su energía en las zonas rojas e infrarrojas del espectro electromagnético y por eso son de color rojo, mientras que las estrellas calientes emitan mayormente longitudes de onda azules y ultravioletas, haciendo que parezcan azules o blancas.

    • Las estrellas mas brillantes son las de mayor temperatura superficial (blancas).

    • Algunas estrellas son frías pero muy luminosas, el motivo es que son el gran tamaño y se les llama gigantes rojas.

    • Otras estrellas son poco luminosas, calientes llamadas enanas blancas. O frías llamadas enanas marrones.

    • Algunas cambian de brillo en días, semanas o meses, estas son las estrellas variables.

    • Las supernovas mandan elementos al espacio para que nazcan nuevas estrellas y planetas.

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    Nebulosas.

  • Las nebulosas son nubes de gas y polvo interestelar. Muchas de ellas son los lugares donde nacen nuevas estrellas.

    Origen y evolución del Universo.

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  • Big Bang.

  • Es la teoría que defiende que el universo se creó a partir de una gran explosión. Decía que toda la materia del Universo estaba concentrada en una zona extraordinariamente pequeña del espacio, y explotó y la materia salió impulsada con gran energía en todas direcciones.

  • Expansión del Universo.

  • El descubrimiento de la expansión del universo se inicia al estudiar los espectros de las galaxias (radiación que nos llega de ellas). Al hacerlo se observa que excepto las más próximas, las líneas del espectro se desplazan hacia el rojo. Este desplazamiento recibe el nombre de efecto Doppler. Esto significa que la mayoría de las galaxias se alejan de la Vía Láctea.

  • Posibles modelos de evolución del Universo.

      • Universo cerrado: la expansión sea lo suficientemente lenta y la densidad lo bastante grande como para que la atracción gravitatoria entre las galaxias pueda frenarla y detenerla. En este caso, las galaxias empezarán a cerrarse y el universo se concentrará.

      • Universo abierto: la expansión se produzca tan rápidamente y la densidad disminuya hasta tal punto que la atracción de la gravedad no pueda detener la dispersión. En este caso, las galaxias se separarán definitivamente y el universo será infinito y abierto.

    Origen y evolución de las estrellas.

  • Estado estacionario: Esta teoría sostiene que el universo nunca tuvo un origen.

  • El punto básico de esta teoría es el hecho de que el Universo, a pesar de su proceso de expansión, siempre mantiene la misma densidad gracias a la creación continua de nueva materia.

    Esta teoría, que estuvo en auge durante los años 50, y ha sido sucesivamente rechazada por la mayoría de los astrónomos, quienes apoyan ahora la teoría del Big Bang.

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    Gigantes rojas: estrella de gran tamaño y baja temperatura, lo que determina su color. Una gigante roja es una estrella que se encuentra en una etapa avanzada de su vida, cuando ya se está agotando el hidrógeno, que es su combustible nuclear principal. Los cambios energéticos experimentados entonces producen una expansión de las capas externas de la estrella, que se vuelven sumamente delicados.

  • Una gigante roja alcanza su mayor tamaño cuando todo su hidrógeno central se ha convertido en helio. En esta época se expande hasta el punto de devorar los planetas que pudiera haber a su alrededor, si tenia un sistema planetario.

    Esto es lo que le sucederá a nuestro Sol, cuando se convierta en gigante roja y se trague, al menos, los cuatro primeros planetas, incluida la Tierra.

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    Enanas blancas: Una enana blanca es el estado final en la evolución de una estrella. Accidentalmente hacen una nebulosa planetaria, y la estrella se transforma en un pequeño objeto de enorme densidad. Se mantienen muy calientes, pero se van enfriando hasta transformarse en enanas negras. Si es más pesada en una estrella de neutrones y si lo es más aun, en un agujero negro.

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    Estrellas de neutrones: versión más comprimida de una enana blanca. La presión es tan alta que los electrones y protones son obligados a transformarse en neutrones. Surgen al final tantos neutrones, que los núcleos de los átomos empiezan a desintegrarse y solo quedan neutrones.

  • Agujeros negros: es una gran concentración de masa tal que la fuerza de gravedad no permite que nada escape del mismo campo gravitatorio. Este es tan fuerte que ni siquiera la luz puede pasar.

  • Origen y evolución del sistema solar.

    Para conocer cómo es nuestro planeta, es necesario saber cómo se formó. El proceso de formación nos da pistas de cómo es su estructura interna y la de otros planetas del sistema solar, en concreto de los más cercanos al Sol.

    Hoy en día sabemos con certeza que la formación del planeta está ligada al proceso de formación del Sistema Solar.

    De acuerdo con la teoría nebular, admitimos que el Sistema Solar empezó a formarse hace 5000 millones de años. Su origen está en la contracción de una nebulosa, que por acción de la fuerza de la gravedad, giraba a gran velocidad provocando su aplanamiento progresivo y la concentración de la mayor parte de la materia en el centro formando partículas de hidrógeno que al comprimirse aumentaron su temperatura. Esta situación progresó hasta que los átomos de hidrógeno se fusionaron formando átomos de helio, dando lugar al Sol.

    La materia más alejada del Sol, al presentar una temperatura menor, fue cambiando de estado. Mediante reacciones químicas se originaron diferentes tipos de materia que se aglutinaron entre sí para formar remolinos en los que la materia colisionaba originando cuerpos cada vez mayores, llamados nebulares o planetesimales.

    En los planetas interiores o rocosos, los materiales más densos fueron desplazándose hacia el interior.

    Esta es la razón de que los materiales de los planetas como la Tierra (Mercurio, Venus y Marte) se distribuyan en capas de diferente densidad.

    Los planetas exteriores o gaseosos (Júpiter, Saturno, Urano, Neptuno y Plutón) siguieron el mismo proceso. Como consecuencia de su tamaño, fueron capaces de atraer y mantener los gases de hidrógeno y helio arrastrados por el viento solar en el proceso de formación del Sol. Hoy día, se piensa que bajo la atmósfera de los planetas gaseosos hay un núcleo de material rocoso.

  • Características de las órbitas y rotaciones planetarias.

  • Teoría nebular.

  • Han surgido diversas teorías que intentan explicar el origen del Sistema Solar y La Tierra. En la actualidad, la más aceptada es la Teoría Nebular, también llamada planetesimal.

    Esta teoría plantea el origen del Sistema Solar a partir de una nebulosa originada de una explosión supernova. Sus partículas giraban formando un gigantesco disco. En el centro se fueron acumulando las más pesadas; las más ligeras se desplazaron hacia el exterior. Toda materia giraba en torno al centro, donde se formó el Sol. Se producían choques y fusiones que generaron estructuras mayores, denominadas planetésimos, que también giraban, chocaban y se fusionaban, formando grandes rocas que fueron el origen de los planetas, satélites y meteoritos de Sistema Solar. El proceso de choque duró millones de años y se desprendió tanta energía que los planetas se encontraban en estado de fusión.

    Los planetesimales siguieron el proceso de colisión constituyendo cuerpos de mayor tamaño (cientos de kilómetros), a los que denominamos planetoides. Los planetoides atrajeron a otros cuerpos de menor tamaño que compartían órbita con ellos y los asimilaron, hasta formar los planetas rocosos como la Tierra.

  • Tipos de planetas: interiores (rocoso) y exteriores (gaseosos).

  • Los planetas exteriores o rocosos son los más grandes del sistema solar teniendo órbitas más alejadas del Sol. Sus tamaños gigantescos y su composición líquida y gaseosa los hace muy diferentes de los planetas interiores, siendo bastantes menos densos que éstos.

    Suelen tener grandes atmósferas compuestas por helio e hidrógeno, con componentes de otras sustancias como agua, metano o amoníaco. Son: Júpiter, Saturno Urano y Neptuno.

    Los planetas interiores o gaseosos son Mercurio, Venus, Tierra y Marte y se encuentran más cerca del Sol que de la Tierra. Son relativamente pequeños y están formados principalmente por rocas, que están rodeadas, menos en el caso de Mercurio por una capa atmosférica.

    Tienen cierto parecido entre ellos, ya que son pequeños, sólidos y con densidades relativamente altas.

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