01_guia_didactica_andalucia.pdf

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El método científico

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EL MÉTODO CIENTÍFICO

E

sta unidad pretende ser una aproximación al trabajo y al método desarrollado por los científicos. Se explican, por tanto, las etapas generales que caracterizan la metodología científica, así como el uso que la ciencia da a las observaciones, los experimentos, las leyes y las teorías. Con esto se quiere presentar la ciencia como una forma de enfocar el conocimiento de la realidad y hacer que los alumnos perciban el trabajo científico, con sus posibilidades y limitaciones, como un poderoso instrumento para conocer esta realidad.

❚❚ Distinguir entre ley, teoría y modelo científico. ❚❚ Registrar observaciones, datos y resultados utilizando esquemas, gráficos, tablas y expresiones matemáticas. ❚❚ Establecer relaciones entre magnitudes y unidades utilizando el SI. ❚❚ Expresar resultados numéricos utilizando la notación científica. ❚❚ Relacionar algunos instrumentos de medida con la magnitud fundamental que miden. ❚❚ Valorar la investigación científica como generadora de nuevas ideas y descubrimientos.

Consideramos que el método de trabajo utilizado en las disciplinas científicas constituye uno de los instrumentos intelectuales más potentes de la humanidad, por lo que su conocimiento y uso contribuye a la adquisición de una de las competencias básicas que debería tener cualquier persona.

❚❚ Apreciar la importancia de la ciencia en el desarrollo de la sociedad. ❚❚ Realizar una tarea de investigación sobre las normas de seguridad en un laboratorio.

Una buena forma de introducir esta unidad es la presentación de las dos ciencias: la Física y la Química:

Atención a la diversidad

❚❚ La Física como la ciencia que estudia las leyes que determinan la estructura del universo con referencia a la materia y la energía de la que está constituido. Se ocupa de las fuerzas que existen entre los objetos y las interrelaciones entre la materia y la energía.

Se proporcionan a lo largo de la unidad actividades de refuerzo y ampliación que se pueden proponer a alumnos que necesiten reforzar los contenidos o ampliarlos, respectivamente. La adaptación curricular de la unidad permite un tratamiento de la diversidad de la mayoría de los contenidos.

❚❚ La Química, por su parte, es la ciencia que estudia la composición y la estructura de la materia hasta el nivel atómico y, especialmente, las transformaciones de aquella en las que no se alteran ni el número ni la clase de átomos.

Así mismo, la mayoría de los alumnos pueden realizar las técnicas de trabajo y experimentación y todos los alumnos pueden llevar a cabo la tarea de investigación ya que en ambos casos se plantean como tareas integradoras.

Temporalización ADAPTACIÓN CURRICULAR

Esta unidad se puede desarrollar en 4 sesiones.

El índice de contenidos propuesto en la adaptación curricular es: 1. La actividad científica. 2. La medida. 3. Los instrumentos de medida. 4. Estructura de un informe científico.

Objetivos de la unidad ❚❚ Reconocer e identificar las etapas que componen el método científico. ❚❚ Formular hipótesis para explicar fenómenos cotidianos.

Unidades didácticas

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Física y Química 3.º ESO

El método científico

PROGRAMACIÓN DIDÁCTICA DE LA UNIDAD Contenidos La actividad científica

Criterios de evaluación 1. Reconocer e identificar las características del método científico.

Relación actividades LA

Competencias clave

1.1. Formula hipótesis para explicar fenómenos cotidianos utilizando teorías y modelos científicos.

1-5, 8, 15, 33, 34 AF: 1-4, 10, 12-14

CCL CMCCT CAA

1.2. Registra observaciones, datos y resultados de manera organizada y rigurosa, y los comunica de forma oral y escrita utilizando esquemas, gráficas, tablas y expresiones matemáticas.

6, 7, 9-14 AF: 5-11

CCL CMCCT CAA

Estándares de aprendizaje

La medida

2. Conocer los procedimientos científicos para determinar magnitudes.

2.1. Establece relaciones entre magnitudes y unidades utilizando, preferentemente, el SI y la notación científica para expresar los resultados.

16-23 AF: 15-26

CCL CMCCT CAA

Los instrumentos de medida

3. Reconocer los materiales e instrumentos básicos presentes en el laboratorio de Física y Química.

3.1. Identifica material e instrumentos básicos de laboratorio y conoce su forma de utilización para la realización de experiencias.

24-32 AF: 9, 11, 27-35

CMCCT CAA

Estructura de un informe científico

4. Valorar la investigación científica y su impacto en la industria y en el desarrollo de la sociedad.

4.1. Relaciona la investigación científica con las aplicaciones tecnológicas en la vida cotidiana.

AF: 36-38 LyCC

CMCCT CD

5. Interpretar la información sobre temas científicos de carácter divulgativo que aparece en publicaciones y medios de comunicación.

5.1. Selecciona, comprende e interpreta información relevante en un texto de investigación científica y transmite las conclusiones obtenidas utilizando el lenguaje oral y escrito con propiedad.

33 LyCC

CCL CMCCT CD CAA CSIEE

6. Desarrollar pequeños trabajos de experimentación e investigación en los que se ponga en práctica la aplicación del método científico y la utilización de las TIC.

6.1. Realiza un trabajo de experimentación aplicando el método científico para determinar la densidad de un sólido irregular.

TTyE TI

CL CMCT CD CAA CSC CSIEE CCEC

La tarea de investigación

Medida de la densidad de un sólido irregular La seguridad en el laboratorio de Física y Química

5.2. Identifica las principales características ligadas a la fiabilidad y objetividad del flujo de información existente en internet y otros medios digitales.

6.2. Identifica material e instrumentos básicos de laboratorio y conoce el procedimiento de utilización, respetando las normas de seguridad e identificando actitudes y medidas de actuación preventiva. 6.3. Realiza un trabajo de investigación sobre la seguridad en los laboratorios de Física y Química, utilizando las TIC para la búsqueda y selección de información y para la presentación de conclusiones.

TI

6.4. Participa, valora, gestiona y respeta el trabajo individual y en equipo. LA: Libro del alumno; AF: Ejercicios, actividades y tareas; LyCC: Lee y comprende la ciencia; TI: Tarea de investigación; TTyE: Técnicas de trabajo y experimentación CCL: Competencia lingüística; CMCCT: Competencia matemática y competencias básicas en ciencia y tecnología; CD: Competencia digital; CAA: Aprender a aprender; CSC: Competencias sociales y cívicas; CSIEE: Sentido de iniciativa y espíritu emprendedor; CCEC: Conciencia y expresiones culturales

Unidades didácticas

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Física y Química 3.º ESO

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El método científico

PARA EL ALUMNO

MAPA DE CONTENIDOS DE LA UNIDAD Oxford investigación

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Actividades interactivas

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Animación: 1. El método científico paso a paso: observación. 2. El método científico paso a paso: hipótesis. 3. El método científico paso a paso Vídeo: Diseño de un experimento Comprensión lectora: 1. Manual de instrucciones para la astronave «Tierra». 2. Grandes experimentos científicos

Vídeo: La notación científica Enlace web: 1. Medidas de longitud. 2. Medidas de superficie. 3. Medidas de volumen Comprensión lectora: Un nuevo kilogramo

Vídeo: Cifras significativas

Vídeo: Cosmos

Unidad 1. El método científico 1. La actividad científica 1.1. La observación 1.2. El planteamiento de hipótesis 1.3. La experimentación 1.4. El análisis de los resultados 1.5. La formulación de leyes y teorías

PARA EL PROFESOR

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Presentación de la unidad Mapa conceptual

2. La medida 2.1. El sistema internacional de unidades 2.2. La notación científica 2.3. Múltiplos y submúltiplos de unidades

Actividad de refuerzo: 1. La ciencia. 2. El científico y el trabajo científico. 3. La observación. 4. Etapas del método científico (I y II) Presentación: Gráficas y ecuaciones matemáticas en Física y Química

3. Los instrumentos de medida 3.1. Cifras significativas 3.2. El redondeo

Actividad de ampliación: Errores en la medida (I y II) Actividad de refuerzo: La medida Presentación: 1. El SI: magnitudes y unidades. 2. El SI: prefijos

4. Estructura de un informe científico

Actividades de refuerzo: La medida e instrumentos de medida (I, II y III) Presentación: El calibre

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Adaptación curricular

BIBLIOGRAFÍA Blazer, W. Cómo hacer teorías. Madrid: Alianza, 1997. Burbano de Ercilla, S. y Burbano, E. Física General. Madrid: Tébar, 2003. De la Torre, J. y Escobar, A. El mundo de la Física 1. México: Progreso, 2005. Fernández, J. y Pujal, M. Iniciación a la Física. Tomo I. Barcelona: Reverté, 2006. Unidades didácticas

Gete-Alonso, J. C. y Del Barrio, V. Medida y realidad. Barcelona: Alhambra, 1988. Lara-Barragán, A. y Núñez, H. Física I. Un enfoque constructivista. México: Pearson, 2006. Tambuti, R. y Muñoz, H. Física 1. México: Limusa, 2005. Usabiaga, C. y otros Aproximación a la didáctica del método científico. Madrid: Narcea, 1984.

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Física y Química 3.º ESO

El método científico

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Oxford investigación

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Actividades interactivas Práctica de laboratorio: 1. Medida de la masa con una balanza digital. 2. Medida de volúmenes (I y II)

5. La tarea de investigación 5.1. Presentación de los resultados

Ejercicios, actividades y tareas

Técnicas de trabajo y experimentación Medida de la densidad de un sólido irregular

Mapa conceptual Presentación Pruebas de evaluación

Tarea de investigación La seguridad en el laboratorio de Física y Química

Presentación: Material de laboratorio

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Adaptación curricular

WEBGRAFÍA http://newton.cnice.mec.es/materiales_didacticos/mcientifico/ http://www.quimicaweb.net/ciencia/paginas/metodocc.html http://newton.cnice.mec.es/materiales_didacticos/medida/aulamedida.pdf

Unidades didácticas

http://gemma.atipic.net/pdf/343AD20506B.pdf http://recursostic.educacion.es/secundaria/edad/3esofisicaquimica/impresos/ quincena1.pdf

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Física y Química 3.º ESO

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El método científico

SUGERENCIAS DIDÁCTICAS

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3. Los instrumentos de medida

EL MÉTODO CIENTÍFICO

Cuando queremos medir el valor de la propiedad de un cuerpo, lo primero que debemos hacer es escoger el instrumento adecuado para ello. Los instrumentos de medida son necesarios porque hay magnitudes o pequeñas variaciones de una magnitud que no pueden apreciarse con los sentidos. ❚ Nombra los instrumentos de medida que utilizarías para medir las propiedades de los cuerpos que has identificado anteriormente.

EN ESTA UNIDAD VAS A APRENDER A…

4. Estructura de un informe científico

CONTENIDOS DE LA UNIDAD

5. La tarea de investigación

1. La actividad científica Todo lo que nos rodea, nuestro cuerpo y nuestra forma de vida, están relacionados con la ciencia y, aunque el método científico es la forma habitual de trabajar de quienes se dedican a ella, todos lo utilizamos cuando nos enfrentamos a una situación nueva: observamos, nos planteamos hipótesis, tratamos de comprobar si estas son ciertas y, finalmente, construimos nuestra propia teoría.

❚ Reconocer e identificar las etapas del método científico. ❚ Formular hipótesis para explicar fenómenos cotidianos. ❚ Distinguir entre ley, teoría y modelo científico.

Las observaciones pueden llevar a la realización de grandes inventos y a la construcción de teorías.

❚ Registrar observaciones y resultados utilizando esquemas, gráficos, tablas y expresiones matemáticas.

La construcción de un telescopio llevó a Galileo a observar cuatro cuerpos luminosos alineados próximos a Júpiter. Estas observaciones sirvieron para apoyar la teoría heliocéntrica.

❚ Establecer relaciones entre magnitudes y unidades utilizando el Sistema Internacional de Unidades.

La española María Blasco ha patentado técnicas para determinar el envejecimiento celular de una persona. En la actualidad, desarrolla experimentos con ratones para entender cómo funcionan moléculas que podrían retrasar el envejecimiento y curar enfermedades como el cáncer.

❚ Expresar resultados numéricos utilizando la notación científica.

❚ ¿Conoces el nombre de algunos otros científicos y sabes qué investigaciones realizan?

❚ Relacionar algunos instrumentos de medida con la magnitud fundamental que miden.

❚ ¿Crees que un astrónomo es un científico que experimenta o un científico que observa?

fq3e0101

❚ ¿Qué técnicas para presentar los resultados conoces?

❚ ¿Sabes buscar información contrastada y fiable en la web?

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La seguridad en el laboratorio de Física y Química

Cuando realizamos una medida obtenemos un número, que representa el valor de una magnitud asociada a un objeto o a un fenómeno acompañado de su correspondiente unidad. Magnitud es toda propiedad física que puede ser medida.

❚ Realizar una tarea de investigación sobre las normas de seguridad en un laboratorio.

❚ A tu entender, ¿qué apartados debería tener un informe científico?

A lo largo de este curso realizaremos diferentes experiencias en el laboratorio para lo que conviene que sepamos identificar el material y los instrumentos más frecuentes tanto en el laboratorio de Física como en el de Química.

2. La medida

❚ Apreciar la importancia de la ciencia en el desarrollo social.

A lo largo del curso realizarás varias tareas de investigación, una por cada unidad didáctica. Esto te va a permitir investigar, experimentar, elaborar los resultados, presentar la información obtenida, etc. Cada una de estas actividades conlleva la realización de diferentes ejercicios y la utilización de múltiples técnicas para obtener información y presentarla.

Tarea de investigación

❚ ¿Has oído hablar de la ley de gravitación universal? ¿Sabes qué hechos o fenómenos explica?

❚ Valorar la investigación científica como generadora de nuevas ideas y descubrimientos.

Conocemos las observaciones, las investigaciones y las leyes y las teorías que han formulado los científicos a lo largo del tiempo porque han sido descritas en libros, informes, cuadernos de laboratorio, publicaciones científicas, etc. Al elaborar un informe científico se debe seguir una estructura de manera que pueda ser entendido por otros científicos y que permita, a quien lo desee, repetir la experiencia descrita en él.

Por otro lado, además de utilizar los sistemas y elementos de seguridad con los que están equipados los laboratorios, conviene adoptar siempre una serie de precauciones y normas de seguridad básicas. Dado que las sustancias químicas pueden comportarse como tóxicos, hemos de saber identificar los pictogramas del etiquetado de los productos químicos y conocer de antemano las consecuencias de una manipulación inadecuada.

❚ ¿Sabrías decir tres propiedades de los cuerpos que se puedan medir, las magnitudes que las miden y sus correspondientes unidades de medida?

Inflamable

Oxidante

Corrosivo

Tóxico

❚ ¿A qué nos referimos cuando hablamos de normas de seguridad en el laboratorio? ❚ ¿Qué instrumental de Física o de Química conoces?

1. El método científico

P

ara trabajar la sección En esta unidad vas a aprender a… conviene que los alumnos lean los estándares de aprendizaje y las cuestiones de diagnóstico previo sobre cada epígrafe, y así poder debatir sobre los conocimientos previos, opiniones e intereses de los alumnos. Este vídeo ayudará a introducir la unidad:

Sí reconocen que un astrónomo es un científico que observa y han oído hablar de la ley de gravitación universal, aunque no identifiquen todos los hechos o fenómenos que explica.

2. La medida Uno de los procesos más importantes en toda investigación científica es medir. Los alumnos ya han realizado medidas en el laboratorio y en el aula, tanto en esta asignatura como en otras, por lo que les resultará fácil responder a la cuestión que se plantea.

Vídeo inicial: COSMOS Vídeo de a la afamada serie original de C. Sagan, un clásico que sigue siendo hoy día motivador para el estudio de la ciencia.

3. Los instrumentos de medida

El profesor puede presentar los contenidos de la unidad y planteará las cuestiones de diagnóstico previo asociadas a cada uno de los epígrafes para conocer el nivel de conocimientos de los alumnos. Cada una de estas cuestiones puede dar pie, además, a establecer un breve debate que permitirá también conocer su interés o sus opiniones en relación a los temas que van a estudiar.

Los alumnos conocen muchos de los instrumentos de medida habituales en los laboratorios por lo que responderán adecuadamente a la cuestión planteada.

4. Estructura de un informe científico

Recomendamos consultar La Física en sus aplicaciones (Madrid: Akal, 1992), de J. Jardine.

Los alumnos han hecho ya informes científicos en esta y otras materias pero, aunque un informe tiene una estructura básica, puede que la respuesta de los alumnos a la cuestión que se plantea sea dispersa e incluya apartados que no sean necesarios u oportunos.

1. La actividad científica Los seres humanos siempre nos hemos planteado preguntas acerca de lo que nos rodea. En un principio, esa curiosidad estaba íntimamente relacionada con la supervivencia y los conocimientos se transmitían de generación en generación, fueran o no correctos.

5. La tarea de investigación No siempre se distingue bien entre ejercicio, actividad y tarea y, desde luego, no son sinónimos. Las tareas de investigación que vamos a plantear contribuyen al logro de las competencias básicas de una forma que no pueden hacer ni los ejercicios ni las actividades.

Los alumnos conocen el nombre de muchos científicos pero puede que no asocien todos a sus respectivas investigaciones. Unidades didácticas

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Física y Química 3.º ESO

El método científico

Las tareas de investigación propuestas configuran situaciones-problema que los alumnos tratarán de resolver, solos o en grupo, utilizando los contenidos y las estrategias que han trabajado en cada unidad.

Aprender a Aprender

Tarea de investigación

❚❚ Aceptar los errores y aprender de los demás.

❚❚ Plantearse preguntas. Identificar y manejar las diferentes respuestas posibles. ❚❚ Saber transformar la información en conocimiento propio.

Es el momento de plantear de un modo general cómo se van a realizar las tareas a lo largo del curso, utilizando como ejemplo la tarea de esta primera unidad.

❚❚ Adquirir responsabilidades y compromisos personales.

Conviene iniciar esta tarea de investigación desde el comienzo de la unidad. Las respuestas que los alumnos den a las dos cuestiones que se plantean, servirán para evaluar el grado de conocimiento que estos poseen sobre los instrumentos que se hallan en los laboratorios de física y de química y sobre las normas de seguridad.

Competencias sociales y cívicas

Las competencias clave que esta tarea de investigación permite desarrollar son:

❚❚ Tomar decisiones y responsabilizarse de las mismas.

Comunicación lingüística

❚❚ Trabajar tanto individualmente como de manera colaborativa dentro de un equipo.

❚❚ Ser capaz de autoevaluarse y de definir nuevos objetivos. ❚❚ Comunicarse de forma constructiva en el entorno de la clase. ❚❚ Expresar y comprender puntos de vista diferentes. ❚❚ Negociar sabiendo inspirar confianza y sentir empatía. Sentido de iniciativa y espíritu emprendedor

❚❚ Usar el vocabulario adecuado ❚❚ Expresarse e interpretar de forma oral y escrita, pensamientos, opiniones y creaciones.

❚❚ Reelaborar los planteamientos previos.

❚❚ Buscar, recopilar y procesar información.

❚❚ Planificar y evaluar proyectos personales.

❚❚ Dar coherencia y cohesión al discurso y a las propias acciones y tareas.

Conciencia y expresiones culturales

❚❚ Ser capaz de autoevaluarse y reprogramar un proceso.

❚❚ Manejar diferentes fuentes de información.

❚❚ Poner en funcionamiento la imaginación y la creatividad para expresarse mediante códigos artísticos.

Competencia matemática y competencias básicas en ciencia y tecnología

❚❚ Explorar diferentes recursos expresivos además de las TIC. ❚❚ Cultivar la propia capacidad estética y creadora.

❚❚ Analizar los fenómenos físicos y aplicar el pensamiento científico para interpretarlos y predecirlos.

OXFORD INVESTIGACIÓN

❚❚ Realizar observaciones directas con conciencia del marco teórico.

Se plantean actividades a modo de investigaciones previas antes de estudiar cada apartado de la unidad. En ellas, el alumno irá aprendiendo conceptos y/o procedimientos que después usará para resolver un problema práctico: la tarea de investigación.

❚❚ Usar correctamente el lenguaje científico para transmitir adecuadamente los conocimientos, hallazgos y procesos. Competencia digital

MAPA CONCEPTUAL

❚❚ Crear contenidos digitales en diversos formatos.

El profesor puede ir guiando la unidad con el mapa conceptual, señalando lo que en clase se va tratando, o ir construyéndolo según las pautas indicadas en Técnicas de estudio.

❚❚ Saber transformar la información en conocimientos a través de la selección apropiada de diferentes opciones de almacenamiento. ❚❚ Generar producciones responsables y creativas.

PRESENTACIÓN

❚❚ Conocer y saber aplicar en distintas situaciones y contextos, lenguajes específicos básicos: textual, numérico, icónico, visual, gráfico y sonoro.

Unidades didácticas

Puede ser interesante tanto como un recorrido inicial, como al comienzo de cada epígrafe, como al final de la unidad.

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El método científico

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❚ 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.

1. LA ACTIVIDAD CIENTÍFICA

1.2. El planteamiento de hipótesis Una vez que hemos anotado nuestras observaciones, ¿qué debemos hacer?

¿Cómo explicarías lo que hacen los científicos en los laboratorios? La ciencia es una investigación sin fin que trata de describir hechos o explicar fenómenos y establecer relaciones entre ellos.

La siguiente etapa tras la observación de un hecho o un fenómeno es el planteamiento del problema y la elaboración de hipótesis.

La actividad científica consiste en descubrir las leyes que rigen la naturaleza mediante un procedimiento válido y fiable que recibe el nombre de método científico. Aunque no se trata de un conjunto de normas que se apliquen siempre de la misma manera en todos los casos, sí podemos diferenciar unas etapas que son comunes a cualquier investigación científica:

Una hipótesis es una suposición provisional, una aproximación a la realidad, que se formula para explicar un determinado hecho o fenómeno. Debe sustentarse en el conocimiento disponible sobre los hechos y admitir la posibilidad de ser comprobada experimentalmente.

1. Observación.

1. Ha de referirse a una situación real.

2. Planteamiento de hipótesis.

2. Debe formularse de manera precisa y mediante variables concretas.

3. Experimentación.

3. La relación entre las variables debe ser observable y medible.

4. Análisis de los resultados.

Vamos a estudiar dos ejemplos de observación, descripción del problema y planteamiento de hipótesis.

Para ser válida, la hipótesis científica debe cumplir estas condiciones:

5. Formulación de leyes y teorías.

1 En 1792, A. Volta observó que, al colocar la lengua entre una hoja de estaño y una moneda de plata que estaban en contacto, experimentaba una sensación de picor. ¿A qué descubrimiento condujo esta observación? 2 En ocasiones, los científicos descubren algo que no estaban buscando mientras investigan un hecho diferente. ¿A qué descubrimientos llevaron estas observaciones?

a) A. Fleming observó que un hongo que había crecido en una placa de cultivo de bacterias había eliminado a las que estaban en contacto con él. b) A. Penzias y R. Wilson ponían a punto una gigantesca antena cuando captaron inesperadamente unas microondas procedentes de todas las direcciones del cielo que persistían durante todo el día y la noche.

Observación de un hecho

1.1. La observación

El azúcar se disuelve en el agua. Sabemos que la solubilidad de una sustancia en un disolvente y a una cierta temperatura es la máxima cantidad de esa sustancia, en gramos, que podemos disolver en 100 g de disolvente a esa misma temperatura.

La observación de hechos o fenómenos se suele considerar como la primera etapa del método científico. Los científicos han desarrollado instrumentos, como los microscopios o los telescopios, con los que podemos percibir la realidad con mayor detalle de lo que nuestros sentidos nos permiten. ¿Cómo se pasa de la observación al descubrimiento?

Observación de un hecho Un péndulo es una masa suspendida de un hilo, de tal manera que, si separamos la masa de su posición de equilibrio y la soltamos, oscila de un extremo al otro pasando varias veces por su posición de equilibrio, donde finalmente se detendrá.

Azúcar

Para descubrir algo, nuestras observaciones deben ser lo más cuidadosas, exhaustivas y exactas posible. En la siguiente tabla se muestran algunos ejemplos de descubrimientos que tuvieron lugar gracias a las observaciones de ciertos fenómenos. Observación

Observación

Galileo observa cómo oscila H. Becquerel deja una una lámpara en la catedral placa fotográfica sin revelar de Pisa. en un cajón que contenía sales de uranio y observa, más tarde, que la placa se ha velado.

Observación H. C. Oersted observa que la corriente eléctrica que circula por un conductor altera la orientación de una brújula situada junto a él.

100g de agua

Posición de equilibrio

Azúcar que ya no se disuelve

Descripción del problema ❚ ¿Cómo afecta la temperatura a la solubilidad del azúcar en el agua?

Descripción del problema ❚ ¿Depende el período del péndulo de la masa suspendida?

❚ Al aumentar la temperatura, aumenta la solubilidad del azúcar en el agua.

b) Observas que el agua de un recipiente se evapora transcurrido cierto tiempo, y quieres averiguar qué relación existe entre la superficie del recipiente, la temperatura de la habitación y el tiempo de evaporación.

Planteamiento de hipótesis ❚ El período del péndulo depende de la masa suspendida. ❚ El período del péndulo depende de la longitud del hilo.

Una vez definido el problema y planteadas las hipótesis correspondientes, los científicos consultan la bibliografía que ya existe sobre el tema que están investigando (lo habitual es que una investigación no parta de cero y se apoye en el trabajo previo de otros científicos). En la actualidad, podemos acceder rápidamente a la información a través de Internet y sus diferentes herramientas de búsqueda. Descubrimiento Las leyes de oscilación de un péndulo.

Descubrimiento El fenómeno de la radiactividad.

Descubrimiento

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La corriente eléctrica crea un campo magnético: el electromagnetismo.

Busca información acerca de las hipótesis planteadas en los ejemplos anteriores y trata de elaborar una conclusión. Justifica si las hipótesis planteadas son verdaderas o falsas.

La materia y sus cambios

Ideas claras ❚ Las etapas del método científico son: observación, elaboración de hipótesis experimentación, análisis de resultados y formulación de leyes y teorías. ❚ Las observaciones deben ser cuidadosas, exhaustivas y exactas. ❚ La observación de un hecho o un fenómeno nos lleva a plantearnos un problema y a formular hipótesis.

1. El método científico

1. L  a actividad científica

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También es adecuado consultar Introducción a los conceptos y teorías de las ciencias físicas (Barcelona: Reverté, 1996), de G. Holton.

Los seres humanos siempre se han planteado preguntas acerca de lo que los rodea. En un principio, esa curiosidad estaba íntimamente relacionada con la supervivencia y los conocimientos se transmitían de generación en generación, fueran o no correctos. Así fue naciendo y avanzando la ciencia. En la actualidad consideramos que la ciencia es un conjunto de conocimientos que pueden ser demostrados de manera racional y que, por tanto, son válidos de un modo universal. La ciencia constituye un proceso de investigación constante cuyo fin es descubrir hechos y establecer relaciones entre ellos.

1.1. La observación Actividades como la observación y la recogida de datos, por elementales que nos puedan parecer, resultan de gran utilidad a la hora de resolver cuestiones y solucionar problemas, pues, además de permitirnos tener una visión global de los mismos, nos permiten diferenciar sus partes. El desarrollo adecuado de la capacidad de observar implica que se es capaz de: ❚❚ Analizar un fenómeno e identificar las distintas variables que intervienen en él.

El método científico es el conjunto de principios, leyes, teorías y procedimientos utilizados para la construcción del conocimiento científico. Este es el resultado de un proceso de continua elaboración y es susceptible de experimentar revisiones y modificaciones periódicas.

❚❚ Manejar con soltura instrumentos sencillos de medida y observación. La siguiente animación puede ser útil a lo largo de todo este largo epígrafe.

El lenguaje científico es propio de cada ciencia y surge de la necesidad de elaborar y comprender conceptos sobre determinados fenómenos. Para ello hay que «inventar» símbolos, palabras y grupos de palabras con un significado científico específico, muchos de los cuales han pasado luego al lenguaje habitual.

Animación: EL MÉTODO CIENTÍFICO PASO A PASO: OBSERVACIÓN Secuencia de animaciones sencillas pero muy completas que permite seguir las etapas de método científico, incluyendo actividades interactivas.

Uno de los criterios de evaluación de esta unidad es: Reconocer e identificar las características del método científico.

Actividades de refuerzo: LA CIENCIA EL CIENTÍFICO Y EL TRABAJO CIENTÍFICO LA OBSERVACIÓN ETAPAS DEL MÉTODO CIENTÍFICO

Es muy recomendable para los alumnos la lectura del libro Las pioneras. Las mujeres que cambiaron la sociedad y la ciencia desde la antigüedad hasta nuestros días de Rita Levi-Montalcini (Editorial Crítica 2011). En este libro se describen las aportaciones científicas que han hecho a la ciencia las mujeres desde dos siglos antes de la era cristiana hasta el siglo xx. Unidades didácticas

a) Observas que una goma elástica se alarga cuando tiras de sus extremos, y te planteas si existe algún tipo de relación entre la fuerza aplicada y el alargamiento de la goma.

❚ ¿Depende el período del péndulo de la longitud del hilo? Planteamiento de hipótesis

¿Cómo comprobarías si estas hipótesis son verdaderas o falsas?

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3 Plantea el problema y formula una hipótesis en estas situaciones:

Para afianzar los contenidos de esta primera parte de la unidad.

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El método científico

Solución de las actividades

Solución de las actividades

1 En 1792, A. Volta observó que, al colocar la lengua entre

3 Plantea el problema y formula una hipótesis en estas

una hoja de estaño y una moneda de plata que estaban en contacto, experimentaba una sensación de picor. ¿A qué descubrimiento condujo esta observación?



situaciones:

a) Observas que una goma elástica se alarga cuando tiras de sus extremos, y te planteas si existe algún tipo de relación entre la fuerza aplicada y el alargamiento de la goma.

Esta observación llevó al descubrimiento de la pila eléctrica. 2 En ocasiones, los científicos descubren algo que no esta-

ban buscando mientras investigan un hecho diferente. ¿A qué descubrimientos llevaron estas observaciones?

Problema: ¿Existe alguna relación entre la fuerza aplicada en el extremo de una goma elástica y el alargamiento que se produce?

a) A. Fleming observó que un hongo que había crecido en una placa de cultivo de bacterias había eliminado a las que estaban en contacto con él.

Hipótesis: La fuerza aplicada y el alargamiento son directamente proporcionales.

La observación de Fleming dio lugar al descubrimiento de la penicilina.

b) Observas que el agua de un recipiente se evapora transcurrido cierto tiempo, y quieres averiguar qué relación existe entre la superficie del recipiente, la temperatura de la habitación y el tiempo de evaporación.

b) A. Penzias y R. Wilson ponían a punto una gigantesca antena cuando captaron inesperadamente unas microondas procedentes de todas las direcciones del cielo que persistían durante todo el día y la noche. Esta observación llevó al descubrimiento del fondo de radiación de microondas, prueba del Big Bang.

Problema: ¿Existe alguna relación entre la superficie del recipiente, la temperatura de la habitación y la del recipiente y el tiempo de evaporación?

1.2. El planteamiento de hipótesis

Podemos establecer distintas hipótesis:

Ante todo hecho o fenómeno nuestra mente tiende a dar una explicación más o menos coherente del mismo y a formular una serie de hipótesis de por qué sucede tal hecho o fenómeno.

1) A mayor superficie del recipiente menor tiempo de evaporación. 2) A mayor temperatura del recipiente menor tiempo de evaporación.

Una hipótesis científica es una suposición creíble que admite la posibilidad de ser comprobada experimentalmente, bien directamente, o bien porque se deriven de ella consecuencias comprobables experimentalmente.

3) La evaporación aumenta a medida que transcurre el tiempo. 4 Busca información acerca de las hipótesis planteadas en

La adquisición del pensamiento hipotético-deductivo implica que el alumno es capaz de:

los ejemplos anteriores y trata de elaborar una conclusión. Justifica si las hipótesis planteadas son verdaderas o falsas.

❚❚ Identificar la hipótesis subyacente en un texto que describa un experimento o una investigación sencilla.

a) Relación entre la temperatura y la solubilidad del azúcar en agua. Por su propia experiencia los alumnos responderán que la hipótesis de que «al aumentar la temperatura aumenta la solubilidad del azúcar en agua» es cierta. No obstante, en el ejercicio resuelto 1 de la página siguiente, obtendrán una respuesta basada en la experimentación.

❚❚ Seleccionar la hipótesis correcta de entre una serie de hipótesis propuestas para la resolución de un problema. ❚❚ Deducir las consecuencias inmediatas de una hipótesis. Debemos tener en cuenta que uno de los estándares de aprendizaje evaluables es: Fórmula hipótesis para explicar fenómenos cotidianos utilizando teorías y modelos científicos.

b) En cuanto a las hipótesis sobre el péndulo, generalmente los alumnos piensan que el período de oscilación del péndulo depende de la masa que se suspende del extremo del hilo por lo que tendrán que buscar información al respecto o se puede esperar a resolver el ejercicio resuelto 2 en la página 11, y responder entonces esta actividad.

Animación: EL MÉTODO CIENTÍFICO PASO A PASO: HIPÓTESIS Segunda parte de la anterior animación.

Unidades didácticas

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❚ Para que una hipótesis sea válida, la relación entre las variables debe ser observable y medible.

1.3. La experimentación

EJERCICIO RESUELTO

Para saber si una hipótesis es acertada debemos contrastarla con experimentos. Experimentar es repetir la observación de un hecho o un fenómeno en condiciones controladas y, en ocasiones, tan especiales que no se dan en la naturaleza.

2. Comprueba si las hipótesis 1 y 2 son ciertas o falsas a partir de los datos proporcionados en las tablas. ❚ Hipótesis 1. El período del péndulo depende de la masa del cuerpo suspendido. Medimos el período punto de de dos péndulos con la suspensión misma longitud, pero con cuerpos suspendihilo dos de masas diferentes. Repetimos la me2 kg dida 3 veces. 1 kg

Para que un experimento sea correcto han de mantenerse constantes todas las variables, excepto la que se pretende comprobar. ❚ Una variable es un factor determinante cuya modificación provoca cambios en el resultado del experimento. ❚ Un control es un elemento del experimento que se mantiene invariable y cuya finalidad es comparar los cambios que se producen en el experimento.

1

EJERCICIO RESUELTO

2

masa

1. Diseña un experimento para verificar la siguiente hipótesis. La solubilidad del azúcar en agua aumenta al elevarse la temperatura. PÉNDULO 1

¿Cuál es la solubilidad del azúcar en agua a 20 ºC? ¿Y a 50 ºC?

12

Experiencia 1

1

3

Experiencia 2

1

3

Experiencia 3

1

3

Masa (kg)

Período (s)

Experiencia 1

2

3

Experiencia 2

2

3

Experiencia 3

2

3

m

1m

PÉNDULO 1

PÉNDULO 2

Longitud (m)

Período (s)

Longitud (m)

Experiencia 1

1

2

Período (s)

Experiencia 1

0,5

1,42

Experiencia 2

1

Experiencia 3

1

2

Experiencia 2

0,5

1,42

2

Experiencia 3

0,5

1,42

Resultado del experimento 2. Observamos que, al variar la longitud, se modifica el período del péndulo, luego la hipótesis es cierta. La variable que se ha mantenido constante durante el experimento es la masa del péndulo (variable controlada) y la que ha variado, la longitud del péndulo (variable independiente). El período del péndulo es la variable dependiente.

5

6

Período (s)

La variable que se ha mantenido constante durante el experimento es la longitud del péndulo (variable controlada) y la que ha variado, la masa del péndulo (variable independiente). El período del péndulo es la variable dependiente. Resultado del experimento 1. Observamos que, al variar la masa, no se modifica el período del péndulo, luego la hipótesis no es cierta. ❚ Hipótesis 2. El período del péndulo depende de la longitud del hilo. Medimos el período de dos péndulos con longitudes de 1 hilo diferentes y que tienen suspendidos cuerpos de la misma masa. Repetimos la medida 2 3 veces.

Experimento 1. Vertemos 10 mL de agua en un tubo de ensayo. 2. Pesamos en una balanza 25 g de azúcar. 3. Añadimos un poco de azúcar al tubo de ensayo y lo agitamos con la ayuda de unas pinzas. 4. Incorporamos más cantidad de azúcar y volvemos a agitarlo, hasta que la disolución no admita más azúcar. 5. Pesamos la cantidad de azúcar que no hemos añadido; la diferencia entre esta y la original es la cantidad de azúcar disuelta: 20 g 6. Introducimos un termómetro en la disolución y anotamos la temperatura: 20 ºC 7. Repetimos la experiencia, pero calentando previamente el agua del tubo de ensayo, y los resultados obtenidos son: ❚ Cantidad de azúcar disuelta: 26 g ❚ Temperatura de la disolución: 50 ºC Resultado del experimento. Al elevarse la temperatura aumenta la solubilidad del azúcar en el agua; por tanto, la hipótesis es cierta. ¿Qué diferencias crees que existen entre una observación y un experimento?

PÉNDULO 2

Masa (kg)

0,5

1

La variable que se ha mantenido constante durante todo el experimento ha sido la cantidad de agua en el tubo de ensayo (variable controlada). La variable que se ha modificado es la temperatura de la disolución (variable independiente), y para cada uno de los valores de esta variable hemos medido los valores de la solubilidad del azúcar en el agua (variable dependiente).

La materia y sus cambios

a) ¿Cuál es el valor del período del péndulo si su masa es de 1 kg? ¿Y si su masa es de 2 kg? b) ¿Cuál es el resultado del experimento 1? c) ¿Cuál es el valor del período del péndulo si su longitud es de 0,5 m? ¿Y si es de 1 m? d) ¿Cómo es el resultado de este experimento? e) ¿Podemos asegurar que las dos hipótesis son ciertas? 8 ¿Crees que la experimentación solo sirve para verficar una hipótesis?

Ideas claras ❚ Para que un experimento sea correcto han de mantenerse constantes todas las variables, excepto la que se pretende comprobar. ❚ Una variable es un factor cuya modificación provoca cambios en el resultado del experimento. ❚ La variable que se modifica es la independiente y la que se mide, la dependiente.

1. El método científico

1.3. L  a experimentación

13

Comprensión lectora: MANUAL DE INSTRUCCIONES PARA LA ASTRONAVE «TIERRA» GRANDES EXPERIMENTOS CIENTÍFICOS

La comprobación de todo conocimiento o teoría mediante un diseño experimental constituye el principio básico del método científico. El experimento es el juez único que cataloga un resultado como científico. Sin embargo, también son necesarias grandes dosis de imaginación e inteligencia para formular, a partir de los resultados experimentales, las grandes generalizaciones que componen las teorías.

Solución de las actividades 5 ¿Qué diferencias crees que existen entre una observa-

ción y un experimento?

La habilidad para la experimentación implica que se es capaz de:

❚❚ Seleccionar el diseño experimental adecuado para la comprobación de una hipótesis.

En las observaciones las condiciones no están controladas y en un experimento sí lo están. 6 ¿Cuál es la solubilidad del azúcar en agua a 20 ºC? ¿Y a

❚❚ Elaborar un diseño experimental sencillo para investigar la posible relación entre dos variables que aparecen en un fenómeno.

50 ºC?

Los métodos científicos modernos aparecieron en el siglo xvi. Galileo verificaba sistemáticamente sus hipótesis mediante experimentos planificados en los que empleó instrumentos científicos como el telescopio, el microscopio simple o el termómetro. A finales del siglo xvii se amplió la experimentación y, por ejemplo, Torricelli utilizó el barómetro y Boyle la bomba de vacío. Hay que insistir que todo experimento debe ser reproducible, es decir, ha de estar planteado y descrito de manera que cualquier persona que disponga del equipo y la formación adecuados pueda repetirlo. De no ser así, los resultados del experimento no serán aceptados por la comunidad científica.



La solubilidad del azúcar en agua a 20 ºC es de 20 g de azúcar en 10 mL de agua, es decir, de 200 g de azúcar en 100 mL de agua.



La solubilidad del azúcar en agua a 50 ºC es de 26 g de azúcar en 10 mL de agua, es decir, de 260 g de azúcar en 100 mL de agua. 7 Responde a estas cuestiones con los resultados del ejer-

cicio resuelto 2.

a) ¿Cuál es el valor del período del péndulo si su masa es de 1 kg? ¿Y si su masa es de 2 kg? Si la masa es de 1 kg, el período del péndulo es de 3 s y si la masa es de 2 kg, el período del péndulo también es de 3 s.

Vídeo: DISEÑO DE UN EXPERIMENTO Muestra de un modo muy accesible las etapas del método científico, diseñando un experimento para comprobar una hipótesis concreta sobre el crecimiento de una planta. Unidades didácticas

7 Responde a estas cuestiones con los resultados del ejercicio resuelto 2.

b) ¿Cuál es el resultado del experimento 1? El resultado del experimento 1 es que la masa del péndulo no influye en su período.

12

Física y Química 3.º ESO

El método científico

1

+

www

❚ Al representar gráficamente los datos de una tabla, los valores de la variable independiente, generalmente, se señalan sobre el eje horizontal o de abscisas (eje X), y los de la dependiente, sobre el eje vertical o de ordenadas (eje Y).

1.4. El análisis de los resultados

1.4.1. Las gráficas

Una vez realizados los experimentos y obtenidos los datos, hay que analizarlos y ver la relación que existe entre ellos. Una tabla de datos está formada por columnas y filas en las que se representan características o propiedades específicas y sus correspondientes registros o medidas. Las tablas y las gráficas son buenas herramientas para organizar y comunicar los resultados de un experimento.

¿Qué información proporciona una gráfica? La forma de la línea que se obtiene al elaborar una gráfica muestra la relación que existe entre las variables.

EJERCICIO RESUELTO 3. En la siguiente tabla se registran los datos obtenidos en el experimento que hemos realizado para medir la variación de la solubilidad del azúcar en agua con el cambio de temperatura. Temperatura (ºC) Cantidad de azúcar, en g, disuelta en 100 g de agua

15

20

30

40

50

60

70

197

204

219

238

260

287

320

Línea recta

Hipérbola

Una línea recta que pasa por el origen de coordenadas indica que entre las variables existe una relación directa, es decir, que la variable dependiente es directamente proporcional a la independiente. Esto significa que, cuando una de ellas aumenta, también lo hace la otra. Esta relación se expresa mediante la siguiente ecuación:

Una hipérbola muestra que la variable dependiente varía de forma inversa con respecto a la variable independiente; es decir, cuando una aumenta, la otra disminuye.

y = ax donde a es una constante.

Solubilidad (g/100g agua)

¿Qué cantidad de azúcar se disuelve en 100 g de agua a 45 ºC? ¿A qué temperatura se disuelven 275 g de azúcar en 100 g de agua? 10

x

y X

x

Parábola Una parábola indica que la variable dependiente varía con el cuadrado de la variable independiente.

X

60

k

y = ax

100

40

y =

donde k es una constante.

200

20

Y

Y

Como puedes ver, en una fila figuran los datos sobre la temperatura de la disolución, medida en ºC, y en la otra las cantidades de azúcar, expresadas en gramos, que se disuelven en 100 g de agua. En las columnas se recogen las medidas de estas variables. A continuación se represen300 Azúcar tan los datos de la tabla en la siguiente gráfica:

9

Esta relación se expresa mediante una ecuación del tipo: k y = x

En ocasiones, la línea recta no pasa por el origen de coordenadas, sino por cualquier otro punto. En estos casos, la ecuación anterior adopta esta otra forma:

T (oC)

y = ax + b

La ecuación que refleja una relación de este tipo es la siguiente: y = ax2 donde a es una constante.

donde a y b son constantes.

A partir de las representaciones gráficas, podemos predecir valores que se encuentren entre los estudiados, es decir, interpolar. Las representaciones también permiten predecir valores que se hallen fuera de los estudiados, es decir, extrapolar.

Y

Y y = ax + b y = ax2

EJERCICIO RESUELTO

y x

4. En la tabla se recogen los resultados obtenidos tras comprobar si el período de un péndulo depende de la longitud del hilo que sujeta el cuerpo. En una fila aparecen los datos sobre la longitud del péndulo, expresada en metros, y en la otra las medidas de su período, en segundos. Longitud del péndulo (m)

0,50

0,70

1,00

1,10

1,20

Período del péndulo (s)

1,4

1,7

2,0

2,1

2,2

¿Cuánto vale el período del péndulo si su longitud es de 0,80 m? 11

13

14

0,5

1

L (m)

c) y = 10/x

d) y = 2x2

Ideas claras

Realizamos una gráfica con los datos obtenidos en un experimento y obtenemos una hipérbola. Indica cuál de estas dos conclusiones es la correcta: a) La variable dependiente y la inb) La variable dependiente y la independiente son directamente dependiente son inversamente proporcionales. proporcionales.

❚ Las tablas y las gráficas permiten organizar y analizar los resultados de un experimento.

La materia y sus cambios

1. El método científico

c) ¿Cuál es el valor del período del péndulo si su longitud es de 0,5 m? ¿Y si es de 1 m?

6. Durante el experimento, se va modificando de forma controlada uno de los factores, llamado variable independiente.

d) ¿Cómo es el resultado de este experimento?

7. Para cada una de las modificaciones de la variable independiente se mide el valor de otra cantidad, denominada variable independiente.

El resultado del experimento es que el período del péndulo depende de la longitud del hilo. e) ¿Podemos asegurar que las dos hipótesis son ciertas?

8. Se recogen luego ambos valores en una tabla: los de la variable independiente, generalmente, en la primera columna de la tabla, y los de la dependiente, en la segunda.

La primera hipótesis no es cierta aunque la segunda sí lo es.

8 ¿Crees que la experimentación solo sirve para verificar

una hipótesis?

Sí, aunque en el proceso de experimentación podemos aprender otras muchas cosas, por ejemplo, sobre el manejo de los instrumentos, o descubrir nuevos hechos.

Presentación: GRÁFICAS Y ECUACIONES MATEMÁTICAS EN FÍSICA Y QUÍMICA Cuadro resumen de los tipos de gráficas que nos encontraremos este curso.

1.4. El análisis de los resultados El desarrollo adecuado de la capacidad de observar implica que se es capaz de:

Soluciones de las actividades Solubilidad (g/100g agua)

❚❚ Expresar de forma gráfica las observaciones realizadas. ❚❚ Interpretar gráficas que relacionen dos variables cualesquiera. ❚❚ identificar las variables dependiente, independiente y controlada. De este modo este apartado contribuye al desarrollo de la competencia matemática. Debemos tener en cuenta que uno de los estándares de aprendizaje evaluables es: Registra observaciones, datos y resultados de manera organizada y rigurosa, y los comunica de forma oral y escrita utilizando esquemas, gráficas, tablas y expresiones matemáticas. Unidades didácticas

15

Una tabla de datos está formada por columnas y filas. Cada columna representa una característica o una propiedad específica, y cada fila, un registro o una medida.

El período del péndulo es de 1,42 s cuando su longitud es de 0,5 m y es de 2 s cuando su longitud es de 1 m.



b) y = 5x + 2

¿Qué tipo de gráfica corresponde a cada una de estas relaciones?

12

14

Tras realizar diferentes experimentos, se comprueba que las relaciones entre las respectivas variables dependientes e independientes son: a) y = 5x

1

¿Qué longitud ha de tener un péndulo para que su período sea de 1,5 s?

X

X

¿Qué importancia crees que tiene la ecuación matemática que relaciona las variables de un experimento?

2

Período (s)

Representamos los datos de la tabla en una gráfica como la siguiente:

b

300

Azúcar

200

100

20

13

40

60

T (oC) Física y Química 3.º ESO

1

1

El método científico

9 ¿Qué cantidad de azúcar se disuelve en 100 g de agua a

45 ºC?

existen entre las variables. Asimismo, interpolarán y extrapolarán datos en una gráfica.

Aproximadamente se disuelven 250 g de azúcar en 100 g de agua a 45 ºC.

La realización e interpretación de tablas y gráficas es una de las competencias básicas que el alumno debe dominar.

10 ¿A qué temperatura se disuelven 275 g de azúcar en

Conviene insistir en la diferencia entre las relaciones lineales y afines:



100 g de agua?



y = ax

Aproximadamente a 55 ºC se disuelven 275 g de azúcar en 100 g de agua.

y = ax + b para que los alumnos comprendan el significado de b y la información que aporta en una gráfica.

Período (s)

2

Soluciones de las actividades 13 Tras realizar diferentes experimentos, se comprueba

1

que las relaciones entre las respectivas variables dependientes e independientes son: a) y = 5x    b)  y = 5x + 2    c)  y = 10/x    d)  y = 2x 2

0,5



1



L (m)

11 ¿Cuánto vale el período del péndulo si su longitud es de



0,80 m?

a) Una línea recta.

De acuerdo con la gráfica, el período de un péndulo de 0,8 m de longitud es de 1,8 s.

c) Una hipérbola.

b) Una línea recta que no pasa por el origen de coordenadas. d) Una parábola.

12 ¿Qué longitud ha de tener un péndulo para que su pe-

ríodo sea de 1,5 s?



¿Qué tipo de gráfica corresponde a cada una de estas relaciones?

14 Realizamos una gráfica con los datos obtenidos en un

experimento y obtenemos una hipérbola. Indica cuál de estas dos conclusiones es la correcta:

De acuerdo con la gráfica, para que el péndulo tenga un período de 1,5 s su longitud debe ser 0,65 m.

a) La variable dependiente y la independiente son directamente proporcionales.

1.4.1. Las gráficas Para poder deducir la relación que existe entre las variables que intervienen en un fenómeno hay que representar gráficamente los resultados. Una gráfica es un diagrama que ilustra la relación entre dos variables.

b) La variable dependiente y la independiente son inversamente proporcionales.

A lo largo de todas las unidades los alumnos realizarán numerosas representaciones gráficas y deducirán de ellas las relaciones que

Unidades didácticas

14

La conclusión correcta es la b: la variable dependiente y la variable independiente son inversamente proporcionales.

Física y Química 3.º ESO

El método científico

1

+

www

❚ Una representación gráfica muestra la relación entre las variables de un experimento y permite hallar una expresión matemática que las relacione.

1.5. La formulación de leyes y teorías

2. LA MEDIDA

El análisis de los resultados de un experimento nos permite describir, mediante una expresión matemática, la relación que existe entre las variables. Esta expresión matemática constituye una ley científica.

La simple observación o experimentación de un hecho resulta incompleta si no obtenemos un resultado cuantificable. Por eso, en cualquier experimentación es necesario medir. El concepto de medida está unido al de magnitud.

Las leyes científicas son hipótesis confirmadas por múltiples experiencias.

Observaciones/hechos ❚ El Sol sale por el este y se pone por el oeste.

Elaboración de una teoría ❚ La Tierra está quieta y es el centro del universo.

Medir una magnitud es compararla con otra de la misma naturaleza, llamada unidad, para averiguar el número de veces que la contiene.

¿De qué forma expresarías una ley científica?

Elaboración de una nueva teoría

F=m⋅a

2.1.1. Magnitudes fundamentales y derivadas

Como hemos visto en las experiencias realizadas anteriormente, el resultado de medir una magnitud es un número seguido de la unidad empleada. Por ejemplo, decimos que el período de cierto péndulo es de 1 s, el recorrido de una maratón es de 42 195 m, la velocidad del sonido en el aire es de 340 m/s, etc.

Las teorías se construyen para hacer predicciones fiables sobre fenómenos que no se conocían cuando fueron formuladas. Las teorías atómicas surgidas a lo largo de los años podían explicar diferentes observaciones, pero perdían su validez cada vez que surgía un nuevo hecho experimental que no podían justificar. Igualmente, la teoría geocéntrica dejó de tener validez al no poder predecir el movimiento de ciertos planetas y satélites.

MAGNITUDES Y UNIDADES FUNDAMENTALES DEL SI

❚ El Sol está en el centro del sistema solar y todos los planetas giran alrededor de él.

❚ Una ley científica es una hipótesis confirmada. ❚ Las teorías permiten hacer predicciones fiables sobre fenómenos aún desconocidos. ❚ Los modelos sirven para explicar los fenómenos de forma simplificada.

16

Unidad de la magnitud

l

metro

m

Masa

m

kilogramo

kg

Tiempo

t

segundo

Temperatura

T

kelvin

K

Intensidad de corriente

I

amperio

A

Intensidad luminosa

IV

candela

cd

Cantidad de sustancia

n

mol

mol

Longitud

Venus

Luna

TEORÍA HELIOCÉNTRICA

Ideas claras

Símbolo de la magnitud

Magnitud

Representación de la teoría geocéntrica.

Las unidades de las magnitudes derivadas se obtienen de las fundamentales a partir de la definición de aquellas. Por ejemplo, la velocidad se define como espacio/tiempo y, por tanto, su unidad es m/s.

Representación de la teoría heliocéntrica.

Los modelos sirven para explicar los fenómenos de forma simplificada. La ciencia los utiliza para representar gráficamente el funcionamiento de una parte del universo. Por ejemplo, los modelos atómicos, fruto de las sucesivas teorías atómicas, son dibujos que nos ayudan a imaginar cómo son los átomos en la realidad.

2. El período del péndulo depende de la longitud del hilo.

MAGNITUDES Y UNIDADES DERIVADAS DEL SI Símbolo de la unidad

S, A

m2

Volumen

V

m3

L (litro)

Densidad

ρ

kg/m3

g/mL g/L

Velocidad

v

m/s

a) Una longitud

Aceleración

a

m/s2

b) Un período de tiempo

Fuerza

F

N (newton) 1 N = 1 kg ⋅ m/s

c) Una masa

Presión

p

Pa (pascal) 1 Pa = 1 N/m2

mmHg atm

Energía

E

J (julio) 1 J = 1 N ⋅ m

eV (electrón voltio)

d) Una superficie

¿Qué diferencia hay entre una ley y una hipótesis? ¿Y entre una ley y una teoría científica?

s

Superficie

Indica qué unidades utilizarías para medir estas magnitudes:

1. El período del péndulo no depende de la masa que oscila.

Símbolo de la unidad

Símbolo de la magnitud

17

Sobre los ejemplos del péndulo que hemos visto, podemos enunciar dos leyes:

15

16 La masa de un paquete de arroz es 1 kg. Identifica el objeto, la magnitud, la medida y la unidad.

Para que no se produzcan discrepancias entre las medidas efectuadas por personas distintas en lugares diferentes, los científicos han establecido un sistema de unidades único: el sistema internacional, SI.

La energía de un sistema cerrado se mantiene constante.

Luna Venus

❚ La unidad corresponde a la unidad de longitud: el metro.

2.1. El sistema internacional de unidades

A temperatura constante, el volumen ocupado por una determinada masa de gas es inversamente proporcional a la presión.

❚ Los planetas pueden tener satélites que giren alrededor de ellos.

❚ La medida es el valor de la magnitud: 0,76.

¿Cuáles son las unidades de las diferentes magnitudes? ¿Utilizan todos los científicos las mismas unidades?

1. En forma de ecuación:

3. Como expresión funcional:

❚ No se puede explicar el movimiento de Venus ni el que otros planetas tengan satélites.

❚ La magnitud es la propiedad que medimos: la longitud.

El resto de las magnitudes son derivadas de estas siete, ya que se pueden definir a partir de ellas mediante operaciones matemáticas.

2. En forma de enunciado de un principio:

Nuevas observaciones/nuevos hechos

❚ El objeto es el pupitre.

Llamamos magnitudes fundamentales a aquellas que se definen por sí mismas: longitud, masa, tiempo, temperatura, intensidad de corriente, intensidad luminosa y cantidad de sustancia.

Las leyes que se establecen tras contrastar y verificar las hipótesis pueden expresarse de varios modos:

TEORÍA GEOCÉNTRICA

Con una cinta métrica medimos la altura de un pupitre, y el resultado es 0,76 m.

Una magnitud es cualquier propiedad de los cuerpos que se puede medir.

Una ley puede considerarse como una teoría que ha sido comprobada mediante la observación y la experimentación y que tiene validez para todos los hechos o fenómenos que abarca. Así, la ley de gravitación universal es válida en todo el universo y justifica el movimiento de las estrellas, los cometas, los planetas, los satélites, la caída de los cuerpos, las mareas, etc.

❚ La Luna gira alrededor de la Tierra.

❚ La práctica de experimentos implica realizar medidas.

e) Una intensidad de corriente

Magnitud

km/h 2

* Unidades que no forman parte del SI, pero cuyo uso está permitido.

La materia y sus cambios

1. El método científico

1.5. La formulación de leyes y teorías

17

nos y observaciones. Cuando las observaciones fueron más exhaustivas y no pudieron ser explicadas por dicha teoría, los científicos plantearon una nueva teoría que, en este caso, tuvo que luchar contra razonamientos no científicos para imponerse.

Una hipótesis confirmada se puede transformar en una ley científica que establezca una relación entre dos o más variables. En ciencia, una ley es un principio descriptivo de la naturaleza que se cumple en todas las circunstancias cubiertas por la formulación de la ley.

Debemos tener presente durante todo este epígrafe que uno de los estándares de aprendizaje evaluables es: Formula hipótesis para explicar fenómenos cotidianos utilizando teorías y modelos científicos.

Al estudiar un conjunto de leyes se pueden hallar algunas regularidades entre ellas que den lugar a unos principios generales, a partir de los cuales se formula una teoría.

Animación: EL MÉTODO CIENTÍFICO PASO A PASO

Según algunos investigadores, el método científico constituye el modo de elaborar teorías, entendiendo estas como conjunto de leyes que sirven para relacionar determinado orden de fenómenos.

Al final de la animación se propone una evaluación para comprobar que el proceso se ha seguido adecuadamente.

Mediante la inducción se obtiene una ley a partir de las observaciones y medidas de los fenómenos naturales, y mediante la deducción se extraen consecuencias lógicas de una teoría. Por esto para que una teoría científica sea admisible debe relacionar de manera razonable muchos hechos, en apariencia independientes, en una estructura mental coherente. Así mismo, debe permitir hacer predicciones de nuevas relaciones y fenómenos que puedan comprobarse experimentalmente. Una teoría científica se construye con la pretensión de que nos permita hacer predicciones fiables sobre fenómenos que no se conocían cuando fue formulada.

Soluciones de las actividades 15 ¿Qué diferencia hay entre una ley y una hipótesis? ¿Y

entre una ley y una teoría científica?

A lo largo del curso los alumnos verán que las leyes y las teorías desembocan en la elaboración de un modelo que es una representación simplificada de la realidad. Del esquema del margen los alumnos deben deducir que la teoría geocéntrica justificaba razonablemente un conjunto de fenóme-

Unidades didácticas

Otras unidades*

15



La diferencia entre una ley y una hipótesis es que una hipótesis es una suposición provisional que se formula para explicar determinado hecho o fenómeno, mientras que una ley científica es una expresión matemática que describe la relación entre las variables de un experimento y que permite confirmar o no una hipótesis.



La diferencia entre una ley y una teoría científica, entendida esta en su capacidad para realizar predicciones sobre nuevos fenómenos, radica en que una ley es una teoría que ha sido confirmada mediante la observación y la experimentación.

Física y Química 3.º ESO

1

1

El método científico

2. La medida

Actividad de refuerzo: LA MEDIDA Actividades de ampliación: ERRORES EN LA MEDIDA (I Y II)

En cualquier investigación, la medida es un aspecto importante que permite determinarla de forma cuantitativa. Debemos explicar a los alumnos que cualquier medida se compone de un número seguido de la unidad empleada.

Para la atención a la diversidad en este epígrafe. Presentación: EL SI: MAGNITUDES Y UNIDADES EL SI: PREFIJOS

Puede ser interesante recordarles que medir es comparar algo con un patrón establecido para averiguar el número de veces que lo contiene.

Una diapositiva presentando las tablas que aparecen en el Libro del alumno.

Hay que tener en cuenta que uno de los estándares de aprendizaje evaluables es: Establece relaciones entre magnitudes y unidades utilizando, preferentemente, el Sistema Internacional de Unidades y la notación científica para expresar los resultados.

Comprensión lectora: UN NUEVO KILOGRAMO La única unidad del SI que sigue dependiendo de un objeto manufacturado, puede tener sus días contados.

Es siempre recomendable la consulta del libro Para medir; aparatos y métodos (Barcelona: Laia, 1981), de E. Averbuj.

2.1. El sistema internacional de unidades

Solución a las actividades

Durante muchos siglos, en los distintos países se empleaban unidades de medidas diferentes. Las unidades fundamentales fueron definidas por primera vez en 1889 en la I Conferencia General de Pesas y Medidas. Desde entonces las definiciones se han ido haciendo cada vez más rigurosas.

16 La masa de un paquete de arroz es 1 kg. Identifica el

objeto, la magnitud, la medida y la unidad.



17 Indica qué unidades utilizarías para medir estas magni-

tudes:

2.1.1. Magnitudes fundamentales y derivadas

a) Una longitud.

Se puede pedir a los alumnos que busquen en la web las definiciones de las unidades fundamentales y las anoten en su cuaderno.



Metro.

b) Un período de tiempo.

Se puede recomendar a los alumnos la lectura de La medida de todas las cosas, de Ken Alder (Taurus, 2003). En él se narra cómo en plena revolución francesa dos científicos franceses, J. B. Delambre y P. Mechain, realizan una expedición (parte de ella a través de España) para medir el metro como la diezmillonésima parte del cuadrante del meridiano terrestre que pasa por París. Pero cuando la definición de la longitud del metro ya se ha hecho pública ellos descubren que han cometido un error. ¿Qué hacer entonces? Un fragmento de este libro se propone como lectura en Lee y comprende la Ciencia.

Unidades didácticas

El objeto es el paquete de arroz; la magnitud, la masa; la medida, 1 y la unidad, el kilogramo.



Segundo.

c) Una masa.

Kilogramo.

d) Una superficie.

Metro cuadrado.

e) Una intensidad de corriente.

16

Amperio.

Física y Química 3.º ESO

El método científico

1

+

www

2.1.2. Transformación de unidades

EJERCICIO RESUELTO

Algunas magnitudes derivadas, como la velocidad o la densidad, se pueden expresar en varias unidades. Para transformar unas unidades en otras es necesario hacerlo con las que aparecen en el numerador y en el denominador.

9. Expresa en notación científica 0,000 000 000 097 m: 9,7

EJERCICIOS RESUELTOS

a) En m/s: 72 km/h, 100 km/h y 120 km/h. b) En km/h: 12 m/s, 340 m/s y 0,36 m/s. Solución: a) 20 m/s; 27,7 m/s; 33,3 m/s b) 43,2 km/h; 1 224 km/h; 1,29 km/h 19 La densidad del agua es 1 000 kg/m3. Exprésala en g/cm3.

Solución: 1 g/cm3

j

Transforma las velocidades en las unidades indicadas: 18

0,000 000 000 097 = 9,7 ⋅ 10−11

5. Transforma 36 km/h en m/s. Hemos de proceder de la siguiente manera: como 1 km = 1 000 m y 1 h = 3 600 s, podemos escribir:

−11 1. Desplazamos la coma decimal hacia la derecha, de manera que aparezca una sola cifra entera, distinta de cero, a su izquierda, seguida del punto y de la base 10: 9,7 ⋅ 10 2. Contamos cuántas cifras decimales hemos desplazado la coma, en ese caso 11, y ese será el exponente negativo de la base 10: 0,000 000 000 097 m = 9,7 ⋅ 10−11 m

36 000 m 36 km 1 000 m 1h ⋅ ⋅ = = 10 m/s 1h 1 km 3 600 s 3 600 s Por consiguiente, 36 km/h equivalen a 10 m/s. 6. La densidad del mercurio es 13 600 kg/m3. Expresa esta densidad en g/cm3. Como 1 kg =1 000 g y 1 m3 = 106 cm3, podemos escribir:

2.3. Múltiplos y submúltiplos de unidades

13 600 kg 1 000 g 1 m3 ⋅ ⋅ = 13,6 g/cm3 1kg 106 cm3 1m3 3

En algunas medidas es preciso utilizar los múltiplos o submúltiplos de las unidades, ya que no resulta útil expresar en segundos, por ejemplo, el tiempo transcurrido desde la primera glaciación, o en metros la distancia que hay entre las galaxias. En estos casos se mantienen el nombre y el símbolo de la unidad del SI, precedidos de un prefijo que indica si dicha unidad básica está reducida o aumentada.

3

Por consiguiente, 13 600 kg/m equivalen a 13,6 g/cm .

PREFIJOS DEL SISTEMA INTERNACIONAL

2.2. La notación científica

Factor por el que se multiplica la unidad

La notación científica consiste en expresar una magnitud determinada con un número decimal de una sola cifra entera, la de las unidades, y una potencia de base 10 con exponente positivo o negativo.

10

EJERCICIOS RESUELTOS La notación científica permite escribir cantidades muy grandes o muy pequeñas de forma más simple.

7. Para escribir la velocidad de la luz, 300 000 000 m/s, en notación científica, seguiremos los pasos siguientes: 1. Escribiremos la primera cifra seguida del signo de multiplicación (punto) y de la base 10: 3 ⋅ 10 2. Contaremos el número de ceros que hay a continuación, en este caso 8, y ese será el exponente: 3 ⋅ 108 300 000 000 m/s = 3 ⋅ 108 m/s

j

5

73 500 000 000 000 000 000 000 kg ❚ La distancia entre la Tierra y la Luna es: 384 400 000 m 20 Expresa estas cantidades en notación científica.

18

Prefijo Nombre

−1

deci

1. Escribiremos la primera cifra entera seguida de una coma decimal y, a continuación, el resto de las cifras distintas de cero: 1,25 seguidas del punto y de la base 10: 1,25 ⋅ 10 2. Contaremos el número de cifras que hay después de la coma decimal, en este caso 5, y ese será el exponente: 1,25 ⋅ 105 125 000 m = 1,25 ⋅ 105 m

Símbolo

exa

E

10

1015

peta

P

10−2

centi

c

1012

tera

T

10−3

mili

m

9

10

−6

d

giga

G

micro

m

106

mega

M

10−9

nano

n

103

kilo

k

10−12

pico

p

102

hecto

h

10−15

femto

f

10

deca

da

atto

a

10

10

−18

Expresa estas cantidades en notación científica. ¿Cuál de ellas es mayor: 1 600 g o 1,5 kg, 1 450 mm o 1,3 m, 320 s o 5 min?

22

Expresa las siguientes medidas en las unidades fundamentales del SI utilizando la notación científica: 76 km, 3 g, 5 dam, 25 cm, 32 mm, 325 ms y 82 g.

23

Escribe las siguientes cantidades en notación científica:

Solución: 1 600 g > 1,5 kg; 1 450 mm > 1,3 m; 320 s > 5 min

1,25

❚ La masa de la Luna es:

Factor por el que se multiplica la unidad

21

125 000 = 1,25 ⋅ 105

6 000 000 000 000 000 000 000 000 kg

Símbolo

Estos prefijos se usan también con unidades que no pertenecen al SI, como el electrón voltio, eV, utilizado para medir la energía de las partículas subatómicas. En el acelerador de partículas LHC pueden colisionar protones con 7 TeV de energía, es decir, 7 ⋅ 1012 eV.

8. Para escribir en notación científica una cantidad, como 125 000 m, haremos lo siguiente:

❚ La masa de la Tierra es:

18

Prefijo Nombre

Solución: 7,6 ⋅ 104 m; 3 ⋅ 10−3 kg; 50 m; 2,5 ⋅ 10−1 m; 3,2 ⋅ 10−2 m; 3,25 ⋅ 10−1 s; 8,2 ⋅ 10−2 kg a) 0,000 05 g

d) 25 000 000 m

b) 0,000 052 g

e) 3 010 000 s

c) 2 000 000 m

f) 0,000 205 A

Ideas claras ❚ Una magnitud es cualquier propiedad que se puede medir. Medir una magnitud es compararla con otra de la misma naturaleza, llamada unidad. Existe un único sistema de unidades, el SI. ❚ La notación científica consiste en expresar una magnitud determinada con un número decimal de una sola cifra entera y una potencia de base 10 con exponente positivo o negativo.

La materia y sus cambios

1. El método científico

2.1.2. Transformaciones de unidades

19

b) En km/h: 12 m/s, 340 m/s y 0,36 m/s.

Algunos alumnos tienen especial dificultad para transformar unidades derivadas, por lo que habrá que insistir en el desarrollo de esta competencia matemática en todas las unidades didácticas.

2.2. La notación científica



12 m/s ⋅ 1 km/1 000 m ⋅ 3 600 s / 1 h = 43,2 km/h



340 m/s ⋅ 1 km/1 000 m ⋅ 3 600 s / 1 h = 1 224 km/h



0,36 m/s ⋅ 1 km/1 000 m ⋅ 3 600 s / 1 h = 1,30 km/h

19 La densidad del agua es 1 000 kg/m3. Exprésala en g/cm3.

Uno de los estándares de aprendizaje evaluables es comprobar que los alumnos saben escribir, transformar e interpretar unidades y utilizar la notación científica. No obstante este estándar no es exclusivo de esta unidad, sino que constituye una herramienta de trabajo utilizable durante todo el curso. En este proceso, el alumno irá adquiriendo esta competencia matemática.

1 000 kg/m3 ⋅ 103 g/Kg ⋅ 10−6 cm3/m3 = 1 g/cm3 20 La notación científica permite escribir cantidades muy

grandes o muy pequeñas de forma más simple. ❚❚ La masa de la Tierra es: 6 000 000 000 000 000 000 000 000 kg

El manejo de números grandes o pequeños suele ser engorroso y complicado y, en ocasiones, es fácil cometer errores al realizar los cálculos aritméticos; por eso estos números grandes o pequeños se simplifican utilizando potencias de 10, es decir, recurriendo a la notación científica.

❚❚ La masa de la Luna es: 73 500 000 000 000 000 000 000 kg ❚❚ La distancia entre la Tierra y la Luna es: 384 400 000 m

Vídeo: LA NOTACIÓN CIENTÍFICA



Expresa estas cantidades en notación científica.

Muestra ejemplos, resueltos paso a paso, de cómo expresar cantidades en notación científica.



La masa de la Tierra es 6 ⋅ 1024 kg.



La masa de la Luna es 7,35 ⋅ 1022 kg.



La distancia entre la Tierra y la Luna es 3,844 ⋅ 108 m.

Solución de las actividades

2.3. Múltiplos y submúltiplos de unidades

18 Transforma las velocidades en las unidades indicadas:



72 km/ h ⋅ 1 000 m/km ⋅ 1 h / 3 600 s = 20 m/s



100 km/h ⋅ 1 000 m/km ⋅ 1 h / 3 600 s = 27,7 m/s

Se puede mencionar también el angstrom (Å) como submúltiplo de unidad de longitud, ya que es una unidad que suele utilizarse para medir distancias intermoleculares, aunque ha sido reemplazada por el nanómetro:



120 km/h ⋅ 1 000 m/km ⋅ 1h / 3 600 s = 33,3 m/s

1 Å = 10−10 m = 0,1 nm

a) En m/s: 72 km/h, 100 km/h y 120 km/h.

Unidades didácticas

17

Física y Química 3.º ESO

1

1

El método científico

22 Expresa las siguientes medidas en las unidades funda-

Enlace web: MEDIDAS DE LONGITUD MEDIDAS DE SUPERFICIE MEDIDAS DE VOLUMEN

mentales del SI utilizando la notación científica: 76 km, 3 g, 5 dam, 25 cm, 32 mm, 325 ms y 82 g.

Serie de tres enlaces análogos que, aunque incluyen algún dato no actualizado, proponen actividades interactivas sencillas para realizar cambios de unidades de estas magnitudes.

e) 32 mm = 3,2 ⋅ 10−2 m

b) 3 g = 3 ⋅ 10 kg

f) 325 ms = 3,25 ⋅ 10−1 s

c) 5 dam = 50 m

g) 82 g = 8,2 ⋅ 10−2 kg

−3

d) 25 cm = 2,5 ⋅ 10−1 m 23 Escribe las siguientes cantidades en notación científica:

Soluciones de las actividades

a) 0,000 05 g; 5 ⋅ 10−5 g

21 Expresa estas cantidades en notación científica.



a) 76 km = 7,6 ⋅ 104 m

b) 0,000 052 g; 5,2 ⋅ 10−6 g

¿Cuál de ellas es mayor: 1 600 g o 1,5 kg, 1 450 mm o 1,3 m, 320 s o 5 min?

c) 2 000 000 m; 2 ⋅ 106 m

a) 1 600 g > 1,5 kg (1,6 kg > 1,5 kg)

d) 25 000 000 m; 2,5 ⋅ 107 m

b) 1 450 mm > 1,3 m (1,450 m > 1,3 m)

e) 3 010 000 s; 3,010 ⋅ 106 s

c) 320 s > 5 min (320 s > 300 s)

f) 0,000 205 A; 2,05 ⋅ 10−4 A

Unidades didácticas

18

Física y Química 3.º ESO

El método científico

1

+

www

❚ Medir una magnitud es compararla con otra de la misma naturaleza, llamada unidad.

3. LOS INSTRUMENTOS DE MEDIDA

3.1. Cifras significativas ¿Cómo se indica la precisión de una medida?

¿Qué utilizamos para medir las magnitudes?

La precisión de una medida se indica mediante el número de cifras que se utilizan para expresar el resultado. Supongamos que deseamos medir la longitud de una varilla metálica con una regla graduada y una cinta métrica, como se muestra en las figuras:

Los instrumentos de medida son necesarios porque hay magnitudes o pequeñas variaciones de una magnitud que no pueden apreciarse con los sentidos.

Instrumentos para medir longitudes

Instrumentos para medir intensidades de corriente ❚ Amperímetro.

❚ Cinta métrica: longitudes del orden de 1 m. ❚ Regla graduada: longitudes del orden de centímetros. ❚ Calibrador: longitudes del orden de centésimas de milímetro.

24

¿Cuánto mide la longitud de este segmento?

25

Instrumentos para medir masas

¿Cuál es la máxima intensidad de corriente que puede medirse con este amperímetro?

Con la regla graduada en milímetros se puede apreciar que la varilla mide algo más de 7,6 cm, pero sin llegar a 7,7 cm. Este instrumento nos da dos cifras seguras (7 y 6) como valor de la medida.

Instrumentos para medir tiempos ❚ Reloj y cronómetro para intervalos pequeños de tiempo.

❚ Balanza analítica o digital.

Con la cinta métrica graduada en centímetros podemos apreciar que la varilla mide más de 7 cm, pero sin llegar a 8 cm. Este instrumento únicamente nos proporciona una cifra segura, el 7.

Reglas del redondeo ❚ Si la cifra despreciada es mayor que 5, la anterior se incrementa en una unidad. Ejemplo: el redondeo de 12,56 mL a un valor numérico con solo un decimal significativo es 12,6 mL.

La primera medición nos ha proporcionado más cifras seguras que la segunda. Estos dígitos reciben el nombre de cifras significativas (c.s.) de la medida. Se denomina cifra significativa a cada uno de los dígitos que se conocen con seguridad en una medida. 26

¿Qué masa tiene el recipiente y la sustancia que contiene?

27

Instrumentos para medir temperaturas

Instrumentos para medir volúmenes de líquidos

29 28

¿Qué temperatura marca este termómetro clínico?

Son dígitos significativos Por ejemplo, 321 tiene tres cifras significativas y 1,345 cm, cuatro.

3.2. Redondeo En la mayoría de los casos, al realizar una operación aritmética (suma, resta, multiplicación o división) con números decimales, tendremos que hacer uso del redondeo.

La precisión de un instrumento está relacionada con su sensibilidad. Por ejemplo, un termómetro con una precisión de 1 ºC no será capaz de apreciar décimas de grado, es decir, con ese termómetro no es posible proporcionar una medición expresada en décimas de grado.

20

Ejemplo: el redondeo de 10,35 mL a un valor numérico con solo un decimal significativo es 10,4 mL. Si el número es 9,25 mL, el redondeo es 9,2 mL.

Es conveniente utilizar la notación científica de manera que todos los dígitos que aparezcan antes de la potencia de diez sean significativos (por ejemplo, 1,430 ⋅ 105 tiene cuatro cifras significativas).

Otro rasgo fundamental de un instrumento de medida es su sensibilidad o capacidad de apreciar pequeñas variaciones en el valor de una magnitud.

Indica la precisión de los instrumentos de medida de las fotografías anteriores.

❚ Si la cifra despreciada es igual a 5, la anterior se incrementa en una unidad solo cuando esta sea impar. Si es par, no se altera (el cero se considera cifra par).

Por ejemplo, 106,470 mm tiene seis cifras significativas y 24,0 cm, tres.

¿Cuáles son las características de un instrumento de medida?

¿Qué es más preciso, un reloj de pulsera analógico o un cronómetro digital? ¿Cuál es la precisión de tu reloj?

Por ejemplo, 0,405 kg tiene tres cifras significativas y 0,000 509 0 kg, cuatro.

❚ Los ceros que figuran entre dos dígitos distintos de cero y los que aparecen después de la coma decimal.

Una de las características de los instrumentos de medida es su precisión, es decir, la variación de magnitud más pequeña que es capaz de apreciar. Así, una regla graduada en milímetros tiene una precisión de 1 mm, mientras que la cinta métrica es menos precisa, porque está graduada en centímetros.

31

No son dígitos significativos ❚ El cero a la izquierda de la coma decimal y los de detrás de la coma, si delante no hay un dígito distinto de cero.

❚ Todas las cifras distintas de cero.

¿Sabes cómo se utiliza una pipeta? ¿Cuál es el máximo volumen de líquido que nos permite medir una pipeta?

30

Ejemplo: el redondeo de 1,43 mL a un valor numérico con solo un decimal significativo es 1,4 mL.

Pues bien, un instrumento es tanto más preciso cuanto mayor sea el número de cifras significativas que pueden obtenerse con él.

¿Cuál es el valor del tiempo que ha medido este cronómetro?

❚ Probeta, pipeta, bureta, etc. El volumen interior de estos recipientes se denomina capacidad. Suelen estar graduados en cm3 o mL.

❚ Termómetro.

❚ Si la cifra despreciada es menor que 5, la anterior no se altera.

Se llama redondeo el desprecio de las cifras situadas a la derecha de la última cifra significativa. 32

Indica el número de cifras significativas de estas medidas: a) 3,540 km

c) 8,0 s

e) 0,0032 g

b) 2,04 kg

d) 0,226 A

f) 3200 K

Ideas claras ❚ La precisión es la variación de magnitud más pequeña que un instrumento es capaz de apreciar. ❚ La sensibilidad es la capacidad de apreciar pequeñas variaciones en el valor de una magnitud.

La materia y sus cambios

1. El método científico

3. Los instrumentos de medida

hacerlo con mayor precisión, se emplea un cronómetro. Los intervalos de tiempo muy pequeños se pueden medir por métodos fotográficos.

Los «instrumentos» que permiten hacer una primera «medida» de las cosas son nuestros sentidos (hablamos de objetos cortos o largos, pesados o ligeros, calientes o fríos, etc.); pero nuestros sentidos pueden engañarnos y, por ello, debemos utilizar instrumentos que nos permitan realizar medidas cuantitativas y objetivas.

Existen un gran número de tipos de termómetros según el grado de precisión requerido o el rango de temperaturas que se desean medir, pero todos miden la temperatura haciendo uso de la variación de alguna propiedad de una sustancia. Además de la precisión y la sensibilidad, la fidelidad es también una característica de los instrumentos de medida. Se dice que una balanza es fiel cuando al realizarse diversas medidas de una misma magnitud en las mismas condiciones los resultados son idénticos.

Hay que explicar a los alumnos que para cada magnitud hay un tipo de instrumento. Medir es una actividad fundamental desde el punto de vista didáctico, por lo que se recomienda que los alumnos realicen diversas medidas con diferentes instrumentos. Las medidas de longitud del orden de 1 metro pueden realizarse con un metro o con una cinta métrica. Como actividad se puede pedir a los alumnos que midan su mesa o los libros y cuadernos. Las medidas del orden de centímetros se realizan con una regla graduada o doble decímetro. Como actividad pueden medir los lados de una hoja de papel y su diagonal y comprobar, posteriormente, el teorema de Pitágoras. Para medir distancias pequeñas se utiliza el calibrador.

Actividades de refuerzo: LA MEDIDA E INSTRUMENTOS DE MEDIDA (I, II Y III) Presentación: EL CALIBRE Una diapositiva presentando un esquema de las partes de un calibre.

Los instrumentos para medir volúmenes más utilizados en el laboratorio son la probeta, la pipeta y la bureta. Conviene explicar el error de paralaje que se suele cometer al medir volúmenes.

Solución de las actividades

Se puede ampliar el contenido para presentar el concepto de capacidad y su diferencia con el volumen.

24 ¿Cuánto mide la longitud de este segmento?



La balanza es el instrumento adecuado para medir la masa de un cuerpo y es conocido desde la antigüedad. Posiblemente los alumnos solo utilicen la balanza digital.



Mide 3,8 cm.

25 ¿Cuál es la máxima intensidad de corriente que puede

medirse con este amperímetro?

El tiempo se mide habitualmente por medio de relojes. Cuando el intervalo que se quiere medir es pequeño o cuando se desea Unidades didácticas

21



19

El amperímetro aprecia hasta 20 A. Física y Química 3.º ESO

1

1

El método científico

Cuanto más preciso es un instrumento de medida, más cifras significativas podemos obtener con él y más exacto es, por tanto, el resultado. El número de cifras significativas refleja la precisión de la medida.

26 ¿Qué masa tiene el recipiente y la sustancia que contie-

ne?



Su masa es de 54,05 g.

27 ¿Cuál es el valor del tiempo que ha medido este cronó-

metro?



Vídeo: CIFRAS SIGNIFICATIVAS

Ha medido 8 s.

Muestra paso a paso y razonadamente ejemplos de cálculo de las cifras significativas de diversas medidas. Pertenece a una serie de video sobre física general.

28 ¿Qué temperatura marca este termómetro clínico?



Marca 38,6 °C.

29 ¿Sabes cómo se utiliza una pipeta? ¿Cuál es el máximo

3.2. Redondeo

volumen de líquido que nos permite medir una pipeta?



Se debe hacer hincapié en el uso del redondeo al operar con cifras significativas. Para redondear un número simplemente se eliminan los dígitos que siguen al primero que se conserva y que sean menores de 5. Si la cifra despreciada es mayor que 5, la anterior se incrementa en una unidad.

La pipeta de la fotografía permite medir hasta 5 mL de volumen.

30 ¿Qué es más preciso, un reloj de pulsera analógico o un

cronómetro digital? ¿Cuál es la precisión de tu reloj?



Es más preciso el cronómetro digital, cuya precisión suele llegar al segundo, mientras que la de un reloj analógico puede llegar hasta el minuto.

Solución a las actividades 32 Indica el número de cifras significativas de estas medi-

das:

31 Indica la precisión de los instrumentos de medida de las



fotografías anteriores.

a) 3,540 km; 4 c.s.

La regla puede tener una precisión de milímetros; el amperímetro, no se aprecia en la imagen; la balanza llega hasta el centigramo; el cronómetro, hasta el segundo; el termómetro, hasta la décima de grado y la pipeta, hasta 0,05 mL (como indica el foco aumentado de la fotografía).

b) 2,04 kg; 3 c.s. c) 8,0 s; 2 c.s. d) 0,226 A; 3 c.s. e) 0,0032 g; 2 c.s.

3.1. Cifras significativas

f) 3200 K; 4 c.s.

A los alumnos les debe quedar claro el concepto de cifras significativas de una medida y han de saber que cuando se utilizan estas se sobrentiende que el último digito es incierto.

Unidades didácticas

20

Física y Química 3.º ESO

El método científico

1

+

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❚ La memoria de un proyecto de investigación sirve para dar a conocer a la comunidad científica los resultados de una investigación.

4. ESTRUCTURA DE UN INFORME CIENTÍFICO

5. LA TAREA DE INVESTIGACIÓN

Al finalizar la investigación de un fenómeno natural o de una experiencia en el laboratorio, es preciso elaborar un informe. A continuación se describe una posible estructura de un informe científico:

Al finalizar cada unidad encontrarás una propuesta de tarea de investigación en la que aparecerán los siguientes apartados:

1. Investiga

1. Portada. En ella figuran el título, el autor o los autores del informe y la fecha. El título debe ser corto e indicar de forma clara la investigación que se ha desarrollado.

En este apartado se plantean una o dos cuestiones a las que tendrás que dar respuesta. Para ello, es conveniente que identifiques claramente el objetivo de tu investigación. Una vez definido dicho objetivo, deberás realizar un proceso de búsqueda de información. Ya que esta es muy abundante, debes ser capaz de elegir los contenidos que más te interesan y desechar los superfluos.

2. Introducción. Contiene la descripción del propósito de la investigación. 3. Metodología. Se indican con todo detalle los instrumentos empleados y los procedimientos seguidos. 4. Resultados. La exposición se puede acompañar con gráficos y tablas. Es conveniente numerar unos y otras y realizarlos en una hoja de cálculo u otros programas específicos para gráficas científicas.

2. Experimenta Esta sección es opcional y no aparece en todas las unidades. En ella se propone realizar uno o varios experimentos relacionados con la tarea de investigación.

5. Discusión de los resultados. Contiene el análisis cuantitativo de los resultados y un comentario sobre los mismos. En los trabajos bibliográficos se puede sustituir por un comentario personal.

3. Elabora

6. Resumen. Su extensión debe ser breve (no más de quince líneas) y ha de incluir la información más importante de la investigación, el procedimiento empleado, los resultados obtenidos y las conclusiones a las que se ha llegado.

Tiene objetivo organizar toda la información obtenida en las secciones anteriores. En ella se dan instrucciones de aquellas acciones concretas que es necesario realizar para poder llevar a cabo con éxito la tarea de investigación. No basta con acumular datos y contenidos relevantes; además, debes estructurarlos ayudándote de listas, tablas, cuadros… para poder decidir con cuáles te quedas.

7. Bibliografía. Se ha de incluir la reseña bibliográfica de los materiales consultados o que han servido de apoyo.

5.1. Presentación de los resultados

AUTOEVALUACIÓN Se trata de responder a una serie de preguntas que se plantean para que evalúes tu propio trabajo. Si la mayor parte de tus respuestas son afirmativas, entonces tu autoevaluación será positiva. En caso contrario, deberás revisar los errores cometidos e intentar corregirlos.

Una vez concluida la tarea de investigación debemos presentar los resultados de nuestro trabajo, tratando de captar la atención de los destinatarios y de facilitar la comprensión de los contenidos. Estas son las formas de presentación más habituales: ❚ Un póster es un cartel de gran tamaño en el que se expone toda la información sobre una investigación de manera resumida y atractiva. Deben incluir entre otros elementos: el título, una introducción, fotos, dibujos, gráficas, y una descripción de la investigación. ❚ Las presentaciones de diapositivas se utilizan para exponer oralmente y en público el trabajo de investigación. Hay muchos programas informáticos destinados a este fin. Los recursos utilizados más habitualmente en las presentaciones son: audio, vídeo, texto, transiciones entre diapositivas y múltiples efectos visuales para mejorar el acabado final. ❚ Los artículos científicos son trabajos destinados a publicarse en revistas científicas especializadas con el objetivo de difundir entre los científicos los resultados de una investigación. Un artículo científico estándar consta de los siguientes apartados: título, autores, palabras clave, resumen, bibliografía y, por supuesto, el desarrollo de la investigación en cuestión. ❚ Las fichas técnicas son pequeños documentos, a modo de resumen, donde se describen las características más importantes de una investigación. En general, los apartados de una ficha técnica suelen ser: título, imagen y las características más importantes del objeto de investigación. 33

Ideas claras ❚ Un informe científico consta de los siguientes apartados: portada, introducción, metodología, resultados, discusión de los resultados, resumen y bibliografía.

22

Identifica en este texto todas las etapas del trabajo científico que has estudiado y realiza un breve resumen de las mismas:

34

En el juego intelectual ser humano-naturaleza se dan tres premisas: la primera, recoger las informaciones acerca de alguna faceta de la naturaleza; la segunda, organizar estas observaciones en un orden preestablecido (la organización no las altera, sino que se limita a colocarlas para hacerlas más fácilmente comprensibles), y la tercera, deducir, del orden preestablecido de observaciones, algunos principios que las resuman.

II. Clasifica las sustancias hierro, azufre, plata, oro, estaño, cinc, carbono (diamante), hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, cobre y cloro: a) En metales y no metales.

Isaac ASIMOV Introducción a la ciencia Plaza&Janés

b) En conductores y no conductores de la electricidad. II. ¿Qué conclusiones puedes deducir a la vista de estas clasificaciones?

La materia y sus cambios



El trabajo científico tiene formas específicas para la búsqueda, recogida, selección, procesamiento y presentación de la información. Es fundamental que los alumnos utilicen correctamente el lenguaje y el vocabulario científico en la transmisión de ideas. A la hora de escribir un informe científico hay que cuidar el estilo y el lenguaje utilizados, que han de ser precisos y claros para que cualquier lector lo comprenda fácilmente. Grandes científicos han tenido enormes dificultades para hacerse entender por sus contemporáneos no tanto a causa de lo avanzado de sus conocimientos como por la manera en que estaban expresados.

❚ La tarea se basa en investigar, experimentar y elaborar toda la información obtenida en los dos primeros apartados.

23

Recoger las informaciones acerca de alguna faceta de la naturaleza: Observación. Organizar estas observaciones en un orden preestablecido: Clasificación. Deducir algunos principios: analizar los resultados, las leyes y las teorías.

5. La tarea de investigación Este epígrafe es especial dentro del libro porque pretende ayudar a los alumnos a enmarcar la tarea de investigación propia de cada unidad como ejemplo de proceso de investigación científica.

Solución de las actividades 34 Una vez que tenemos varias observaciones de un he-

cho o un fenómeno, hay que analizarlas, compararlas y clasificarlas en diferentes grupos, según sus analogías o diferencias o según otro criterio de clasificación que permita obtener grupos lo más lógicos posibles.

Conviene utilizar frases cortas y directas que son más claras y resultan más fáciles de memorizar. Aunque hay que evitar los términos muy especializados tampoco se debe emplear un lenguaje vulgar y, por supuesto, deben respetarse las reglas gramaticales.

Solución de las actividades



I. Clasifica las sustancias hierro, azufre, plata, oro, estaño, cinc, carbono (diamante), hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, cobre y cloro: a) En metales y no metales. b) En conductores y no conductores de la electricidad.



II. ¿Qué conclusiones puedes deducir a la vista de estas clasificaciones?

33 Identifica en este texto todas las etapas del trabajo

científico que has estudiado y realiza un breve resumen de las mismas:

En el juego intelectual ser humano-naturaleza se dan tres premisas: la primera, recoger las informaciones acerca de alguna faceta de la naturaleza; la segunda, organizar estas observaciones en un orden preestablecido (la organización no las altera, sino que se limita a colocarlas para hacerlas más fácilmente comprensibles), y la tercera, deducir, del orden preestablecido de observaciones, algunos principios que las resuman.

I. a) Metales: hierro, plata, oro, estaño, cinc, cobre. No metales: Azufre, diamante, hidrógeno, oxígeno, cloro. I. b) Conductores: hierro, plata, oro, estaño, cinc, cobre. No conductores: Azufre, carbono (diamante), hidrógeno, oxígeno, cloro.

Isaac Asimov Introducción a la ciencia. Plaza&Janés Unidades didácticas

Ideas claras ❚ Con la tarea de investigación propuesta al final de cada unidad, podrás iniciarte en el proceso investigador.

1. El método científico

4. Estructura de un informe científico



Una vez que tenemos varias observaciones de un hecho o un fenómeno, hay que analizarlas, compararlas y clasificarlas en diferentes grupos, según sus analogías o diferencias o según otro criterio de clasificación que permita obtener grupos lo más lógicos posibles.

21

II. Las dos clasificaciones coinciden lo que permite lanzar la hipótesis de que todos los metales son buenos conductores. Física y Química 3.º ESO

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EJERCICIOS, ACTIVIDADES Y TAREAS

El método científico

1

+

EJERCICIOS, ACTIVIDADES Y TAREAS La actividad científica 1 2

3

8

¿Cuáles son las etapas comunes a cualquier investigación científica? Clasifica las siguientes sustancias utilizando el criterio que estimes oportuno: oro, granito, trigo, agua, patata, sal, cerebro, flor, arena y músculo. Imagina que quieres averiguar si la temperatura afecta al crecimiento de las semillas de las judías.

2. Y

6

X

Masa (g)

9

X

10

20

30

40

50

10,0

20,1

29,8

40,2

50,3

8

16

Posición (m)

0

20

40

80

160

Supón que quieres investigar cómo afecta la densidad a la capacidad de un cuerpo de flotar en el agua.

11

0

0,8

2,4

4

5,6

6,4

Longitud de muelle (m)

0,15

0,2

0,3

0,4

0,5

0,55

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

b) ¿Cuánto se ha alargado el muelle al aplicarle cada una de las fuerzas? Con estos datos, completa en tu cuaderno la tabla siguiente:

a) Elabora una gráfica con los valores de la tabla. b) Describe la curva resultante. c) ¿Qué relación existe entre la masa y el volumen? d) ¿Cuál será la masa de 35 cm3 de agua? e) ¿Cuál será el volumen de 80 g de agua?

b)

Y

4,5 V

Y 4

Dinamómetro

2

c) El objetivo de la experimentación es comprobar las hipótesis formuladas. d) Una teoría es una ley que ha sido comprobada mediante la observación y la experimentación.

Diferencia de potencial (V)

4,5

9

13,5

18

Intensidad (A)

0,9

1,8

2,7

3,6

Diferencia de potencial/ Intensidad

…

…

…

…

e) Los modelos sirven para explicar los fenómenos de forma simplificada.

La medida 15

Expresa las siguientes medidas en unidades del SI utilizando la notación científica: a) 0,5 g; b) 0,5 cm3; c) 200 km2; d) 2 g/cm3. Solución: a) 5 ⋅ 10−4 kg; b) 5 ⋅ 10−7 m3; c) 2 ⋅ 108 m2; d) 2 ⋅ 103 kg/m3

16

f) El voltímetro y el amperímetro son dos instrumentos de medida. Busca información acerca de su función y su funcionamiento. 12

b) 3 mg

b) La observación es errónea y el experimento falso, porque las teorías son siempre exactas.

17

e) 82 cg

d) 25 ns

f) 40 hm

Expresa las siguientes capacidades en litros utilizando la notación científica: a) 0,5 mL

c) 33,3 mL

b) 0,001 mL

d) 10 000 L

Solución: a) 5 ⋅ 10−4 L; b) 10−6 L; c) 3,33 ⋅ 10−2 L; d) 104 L 18

Justifica si estas afirmaciones son verdaderas o falsas: a) La velocidad es una magnitud derivada y su unidad es el julio.

c) Una vez comprobada la observación o el experimento, hay que modificar la teoría para que resulte acorde a los hechos.

Solución: f) 0,375 m; g) 3,2 N

c) 9 dam

Solución: a) 7,6 ⋅ 103 m; b) 3 ⋅ 10−6 kg; c) 90 m; d) 2,5 ⋅ 10−8 s; e) 8,2 ⋅ 10−4 kg; f) 4 ⋅ 103 m

Escribe en tu cuaderno la respuesta correcta. Si una nueva observación o un nuevo experimento están en contradicción con una teoría: a) Hay que admitir la teoría y rechazar la observación o el experimento.

Expresa las siguientes medidas en unidades del SI utilizando la notación científica: a) 76 hm

e) Investiga qué nombre recibe la ley que relaciona estas variables.

h) El dinamómetro es un instrumento de medida. Busca información acerca de su función y su funcionamiento. X

Indica cuál o cuáles de las siguientes afirmaciones son verdaderas y redacta las falsas de forma correcta.

b) El volumen es una unidad fundamental y su unidad es el m3.

La materia y sus cambios

1. El método científico

1

Relaciona en tu cuaderno cada magnitud con su símbolo, su unidad en el SI y el símbolo de esta. Magnitud

Símbolo de la magnitud

Unidad SI

Símbolo de la unidad

n

amperio

K

Longitud Cantidad de sustancia

I

metro

mol

Intensidad luminosa

T

kilogramo

s

Masa

m

candela

Temperatura

t

kelvin

A

Tiempo

Iv

mol

kg

Intensidad de corriente

I

segundo

m

20

30

Queremos medir la longitud de un rollo de alambre de grosor constante y sabemos que un metro de este alambre tiene una masa de 4,25 g. ¿Qué longitud tiene un rollo de alambre si su masa es de 127,5 g?

32

Observa la probeta y responde a las preguntas.

Indica cuáles de estas magnitudes son fundamentales y cuáles son derivadas.

b) ¿Cuál es el volumen del líquido que contiene?

a) Intensidad de corriente d) Masa

g) Energía

b) Presión

e) Temperatura

h) Longitud

c) Velocidad

f) Densidad

i) Superficie

c) ¿Cuál de los tres puntos de vista mostrados en el dibujo es el que debes adoptar para realizar correctamente la medida evitando el error de paralaje?

2

a) 200 cm o 2 m

2

c) 1 800 g o 1,9 kg

33

24

d) 0,000 1 s

b) 25 000 000 m

e) 0,000 035 kg

c) 7 820 000 000 m

f) 0,000 001 m

a) 36 km/h

c) 3 m/s

e) 40 m/s

b) 108 km/h

d) 18 km/h

f) 23 m/s

…

Valor verdadero …

…

…

…

…

…

…

…

…

37

60 50 40 30

10

Para calcular el volumen de un sólido regular, se determinan sus dimensiones características y se utiliza la expresión matemática correspondiente. Calcula el volumen de estos sólidos regulares: b) Prisma de 5 × 1 × 10 cm

0

La luz tarda 8 minutos y 20 segundos en recorrer la distancia del Sol a la Tierra. Si en un segundo la luz recorre 300 000 km, ¿a qué distancia está el Sol de la Tierra?

26

¿Cuántos minutos y segundos son 5 h 30 min? ¿Cuántos minutos y horas hay en 18 000 s?

Fíjate en la siguiente ilustración. ¿Cuánto mide el bolígrafo que aparece en el dibujo?

La densidad de un cuerpo es una propiedad característica de dicho cuerpo. Tenemos cuatro prismas con estas dimensiones: 1) 5 × 5 × 5 cm; 2) 8 × 5 × 10 cm; 3) 6 × 3 × 10 cm; 4) 5 × 5 × 5 cm; cuyas masas aparecen en esta tabla. Completa la tabla en tu cuaderno y averigua si están hechos del mismo material. 3

3

Prisma

Masa (g)

Volumen (cm )

Densidad (g/cm )

1

1 125

…

…

2

3 600

…

…

3

1 620

…

…

Dibuja tu regla milimetrada. Explica cómo está dividida y qué mide cada división. Mide las dimensiones de uno de tus libros de texto.

28

Tienes una probeta sin graduar y dispones de un tubo de ensayo que puede medir 10 mL. Explica cómo podrías graduar la probeta.

29

¿Cómo medirías el grosor de una hoja de este libro de Física y Química con una regla milimetrada?

Ken ALDER La medida de todas las cosas Taurus Historia

4

1 750

…

…

a) Pon un título al texto y haz un breve resumen del mismo. b) ¿Qué cuestiones le plantea Méchain a Delambre acerca del procedimiento de medida que van a llevar a cabo? c) ¿Qué le responde Delambre a Méchain? ¿Crees que estos científicos anotaban sus medidas de manera cuidadosa y sistemática? d) Busca información acerca de la primera definición de metro que surge como consecuencia de las medidas de Delambre y Méchain y compárala con la definición actual.

TÉCNICAS DE ESTUDIO ❚ Elabora tu propio resumen a partir de los recuadros de Ideas claras que aparecen en la unidad. También puedes añadir otros contenidos que consideres importantes.

❚ Copia el mapa que aparece a continuación y añade los elementos necesarios para construir un esquema conceptual de la unidad.

Puedes grabar resumen y esc tu uch tantas veces comarlo quieras para rep o asar

El método científico sus etapas son

Observación

a) ¿Cuál te parece más precisa, la regla graduada en milímetros o la cinta métrica graduada en centímetros? ¿Por qué? b) ¿Cuál es la variación más pequeña de temperatura que puede apreciar el termómetro clínico?

Planteamiento de hipótesis

Experimentación

Análisis de los resultados

Formulación de leyes y teorías

❚ Crea tu propio vocabulario científico. Para ello, define los términos siguientes: ciencia, actividad científica, observación, hipótesis, problema, variable, control, interpolar, extrapolar, ley, teoría, magnitud, unidades, notación científica y redondeo. Puedes completar tu vocabulario científico con otros términos que consideres interesantes.

c) ¿Cuál de los dos termómetros representados te parece que es más sensible a la hora de realizar una medición?

La materia y sus cambios

Unidades didácticas

Después de eso, era cuando su ayudante copiaba los datos en otro cuaderno en un orden más adecuado para el cálculo. Él siempre anotaba quién realizaba la observación, el instrumento que utilizaba, así como la hora, el tiempo que hacía y cualquier otra circunstancia relevante, incluido un esbozo hecho a mano del emplazamiento con identificación de todos sus rasgos.

Fíjate en las siguientes figuras:

Los instrumentos de medida 27

¿Reseñaba los datos por orden de observación o de acuerdo con el orden más apropiado para el cálculo? ¿Reseñaba cada observación o solo los valores resultantes? ¿Cuántas lecturas hacía de cada ángulo? «Os hago todas estas preguntas», explicaba Méchain, «para poder seguir el mismo orden que vos y conseguir de ese modo presentar nuestros resultados de modo uniforme».

c) Cubo de 2 × 2 × 2 cm 38

Solución: a) 10 m/s; b) 30 m/s; c) 10,8 km/h; d) 5 m/s; e) 144 km/h; f) 82,8 km/h 25

LEE Y COMPRENDE LA CIENCIA Antes de reemprender su misión, Méchain quiso coordinarse con su colega del norte. Escribió a Delambre para preguntarle cómo llevaba él su diario.

Cuando Delambre recibió esta carta, detalló con mucho gusto sus métodos a su colega. Él registraba siempre sus lecturas en el orden exacto en que las tomaba, en un diario escrito a tinta con las páginas numeradas.

a) Esfera de radio 10 cm

20

b) ¿Sería correcto decir que un objeto medido con esa regla mide 12,25 cm? Justifica tu respuesta. 34

Medida 3

…

70

a) ¿Cuántas cifras significativas tiene esta medida?

Expresa en m/s o km/h las siguientes velocidades:

Medida 2

…

Ancho

Escribe las siguientes cantidades utilizando la notación científica: a) 20 000 000 m

Medida 1

Alto

b) 125 cm3 o 0,000 012 5 m3 d) 45 min o 2 600 s 23

Mide, con la ayuda de una cinta métrica, las medidas en centímetros del largo, ancho y alto de tu pupitre. Realiza cada medida tres veces y toma como valor verdadero la media aritmética de las tres. ¿Cuál es el valor de la superficie superior del pupitre?

Largo

80

¿Qué cantidad es mayor?

a) El redondeo de 1,47 cm a un valor con solo un decimal significativo es 1,5 cm.

100 cm3 90

22

Responde justificadamente verdadero o falso:

b) La medida 1,425 cm tiene 3 cifras significativas.

a) ¿Cuál es su precisión?

Si 1 g de oro puro cuesta 31,32 €, calcula el precio de 1 dg y 1 cg de este metal.

35

36

cd

21

www

Mide con una regla milimetrada las dimensiones de este rectángulo y calcula su superficie. Exprésala en cm2 y en m2.

31

25

+

EJERCICIOS, ACTIVIDADES Y TAREAS 19

26

14

c) Representa gráficamente la relación entre las variables diferencia de potencial e intensidad.

g) ¿Qué fuerza es necesaria para provocar un alargamiento de 0,20 m?

1 1

24

f) Elemento de un experimento que se mantiene invariable y cuya finalidad es comparar los cambios que se producen en el experimento.

b) Identifica las variables dependiente e independiente.

f) ¿Qué alargamiento produce una fuerza de 6 N?

2

e) Suposición que se refiere a una situación real y que se formula de forma precisa y mediante variables concretas.

a) Completa en tu cuaderno la tercera fila, en la que aparece la relación entre la diferencia de potencial aplicada y la intensidad obtenida.

e) Investiga acerca del nombre que recibe la ley que relaciona ambas variables.

2

1

d) Factor determinante cuya modificación provoca cambios en los resultados de un experimento.

Hemos obtenido los resultados de esta tabla:

d) ¿Qué relación existe entre la fuerza aplicada y el alargamiento producido?

X

c) Repetir la observación de un fenómeno en condiciones controladas.

b) Tanto en la observación como en la experimentación, el científico controla todas las condiciones.

c) Representa los datos de la tabla anterior en una gráfica.

3

2

b) Hipótesis confirmada por múltiples experiencias.

V

Alargamiento (l − l0) (m)

3

1

a) Conjuntos de leyes cuya función primordial es explicar las regularidades que describen dichas leyes.

a) La experimentación es repetir la observación de un hecho o fenómeno en condiciones controladas.

Fuerza aplicada (N)

4

0

Definiciones:

d) ¿Qué relación existe entre estas variables?

¿Qué diferencia hay entre estas dos gráficas? ¿Cuánto vale y en cada una de ellas cuando x = 0? a)

Experimentar, hipótesis científica, ley científica, variable, control y teoría científica.

Con un montaje experimental como el de la figura, tratamos de averiguar la resistencia de una bombilla al ser atravesada por diferentes intensidades. El voltímetro mide la diferencia de potencial entre los extremos de la bombilla, y el amperímetro la intensidad de la corriente que circula por ella. Inicialmente, medimos la diferencia de potencial y la intensidad del circuito cuando está conectado a una sola pila. Luego repetimos la experiencia, pero conectando dos, tres y cuatro pilas.

Solución: d) 35 g; e) 80 cm3 7

Conceptos:

A

a) Representa los datos en una gráfica. ¿Cuál es la variable independiente? ¿Y la dependiente?

Asocia cada uno de estos conceptos con su correspondiente definición.

b) ¿Cómo comprobarías experimentalmente tu hipótesis?

Se cuelga un muelle de un soporte, como se indica en la figura, y se anota la longitud del mismo. A continuación se aplican diferentes fuerzas al muelle y se miden estas mediante un dinamómetro. Medimos la longitud del muelle para cada fuerza aplicada y obtenemos los siguientes datos: Fuerza aplicada (N)

13

a) ¿Qué hipótesis realizarías? c) Identifica en tus experimentos la variable dependiente, la independiente y el control.

Solución: b) x/t = cte; c) 50 m; d) 10 s; e) 320 m

Durante un experimento en el laboratorio, un estudiante mide primero la masa de 10 cm3 de agua, luego la de 20 cm3 y así, sucesivamente, hasta obtener los datos de la siguiente tabla: Volumen (cm3)

4

e) ¿Qué posición ocupará el carrito a los 32 s?

3. Y

X

2

d) ¿Cuánto tiempo ha tardado el carrito en recorrer 100 m?

6 c) y = 3x2 a) y = 4x b) y = x Asocia en tu cuaderno cada una de estas relaciones matemáticas con su gráficas. 1. Y

0

c) ¿Dónde está el carrito 5 s después de haber comenzado el movimiento?

Explica qué diseños experimentales realizarías para comprobar las hipótesis que has planteado en la actividad 3 de esta página y en la 3 de la página 9. Realizamos tres experimentos diferentes y comprobamos que las relaciones entre las respectivas variables dependientes e independientes son las siguientes:

Tiempo (s)

b) Obtén la expresión matemática que relaciona la posición, x, con el tiempo, t.

b) Formula tu hipótesis.

5

10

Al estudiar el movimiento de un carrito, se han obtenido estos resultados:

a) Realiza la representación gráfica de los resultados situando la posición en el eje de ordenadas y el tiempo en el de abscisas.

a) Realiza el planteamiento del problema. 4

www

1. El método científico

22

27

Física y Química 3.º ESO

EJERCICIOS, ACTIVIDADES Y TAREAS La actividad científica

❚❚ Hipótesis 3): La evaporación aumenta a medida que transcurre el tiempo.

1 ¿Cuáles son las etapas comunes a cualquier investiga-

Montaje 3): Medir la cantidad de agua que se evapora en dos recipientes iguales situados en el mismo lugar pero durante tiempos diferentes. La hipótesis también es cierta.

ción científica?



Las etapas comunes a cualquier investigación científica son:

Observación

El método científico

Planteamiento de hipótesis

5 Realizamos tres experimentos diferentes y comproba-

Experimentación

Análisis de resultados

mos que las relaciones entre las respectivas variables dependientes e independientes son las siguientes:



Formulación de leyes y teorías

a) y = 4x   b)  y = 6/x   c)  y = 3x2

2 Clasifica las siguientes sustancias utilizando el criterio



que estimes oportuno: oro, granito, trigo, agua, patata, sal, cerebro, flor, arena y músculo.

Asocia en tu cuaderno cada una de las anteriores relaciones matemáticas con su gráfica. 1.

Respuesta libre. Puede ser vivo/inerte; animal/vegetal/mineral.



2.

Y

3.

Y

Y

3 Imagina que quieres averiguar si la temperatura afecta

al crecimiento de las semillas de las judías.

a) Realiza el planteamiento del problema. La pregunta-problema sería: ¿afecta la temperatura al crecimiento de las semillas de las judías?

diante mide primero la masa de 10 cm3 de agua, luego la de 20 cm3 y así, sucesivamente, hasta obtener los datos de la siguiente tabla:

4 Explica qué diseños experimentales realizarías para

comprobar las hipótesis que has planteado en la actividad 3 de esta página y en la 3 de la página 9.

Volumen (cm3)



Problema de las alubias:

Masa (g)



Montaje: Tomamos, por ejemplo, 20 alubias; colocamos diez de ellas en un frasco de vidrio (al que llamaremos A) con algodón húmedo en su interior, y lo guardamos en un frigorífico. Disponemos el resto de las semillas en otro frasco B, también con algodón húmedo, y, en este caso lo dejamos en una habitación (mejor con calefacción), envuelto en un paño oscuro. Observamos los frascos al cabo de una semana y comprobamos que en el frasco A no ha germinado ninguna semilla, mientras que en el B han germinado siete de las diez. Problema de la goma elástica:



Montaje: Se mide la longitud de una goma elástica. Se cuelga de un gancho y se le van colgando diferentes pesas. Se anota la longitud de la goma para cada pesa y se recogen los datos en una tabla. Se observará que los alargamientos que experimenta la goma y las pesas que se le han suspendido son directamente proporcionales.

X



6 Durante un experimento en el laboratorio, un estu-

Las semillas de las judías no germinan a baja temperatura.



X



b) c) a)

b) Formula tu hipótesis.

X



10

20

30

40

50

10,0

20,1

29,8

40,2

50,3

a) Elabora una gráfica con los valores de la tabla. m (g)

50 40 30 20 10

10

20



30

40

50

V (cm3)

b) Describe la curva resultante.



Problema de la evaporación del agua en un recipiente:



¿Existe alguna relación entre la superficie del recipiente, la temperatura de la habitación, la temperatura del recipiente y el tiempo de evaporación?

Es una línea recta, que pasa por el mayor número posible de puntos experimentales, dejando a un lado y a otro cierto número de ellos. Esto es normal, porque los puntos son experimentales, no teóricos.

❚❚ Hipótesis 1): A mayor superficie del recipiente menor tiempo de evaporación.

c) ¿Qué relación existe entre la masa y el volumen? La gráfica revela que existe una relación de proporcionalidad directa: m/V = constante. Esa constante es la densidad, en este caso, del agua.

Montaje 1): Medir la cantidad de agua que se evapora en dos recipientes de superficies diferentes, situados en el mismo lugar y durante el mismo tiempo.

d) ¿Cuál será la masa de 35 cm3 de agua?

❚❚ Hipótesis 2): A mayor temperatura del recipiente menor tiempo de evaporación.



Montaje 2): Medir la cantidad de agua que se evapora en dos recipientes iguales durante el mismo tiempo pero a diferente temperatura ambiente. Permitiría comprobar que la hipótesis es cierta. Unidades didácticas

Por interpolación, obtenemos una masa de 35 g.

e) ¿Cuál será el volumen de 80 g de agua? Extrapolando la recta, podríamos obtener una valor de 80 g para la masa.

23

Física y Química 3.º ESO

1

1

EJERCICIOS, ACTIVIDADES Y TAREAS

El método científico

7 ¿Qué diferencia hay entre estas dos gráficas? ¿Cuánto

vale y en cada una de ellas cuando x = 0? a)

b)

Y

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

Y 4

4 3 3 2 2

Dinamómetro

1 1 0



1

2

X



1

2

a) Representa los datos en una gráfica. ¿Cuál es la variable independiente? ¿Y la dependiente?

X



La gráfica a) corresponde a una ecuación lineal y = ax + b (En matemáticas estas ecuaciones se denominan afines); la b) corresponde a la ecuación lineal y = ax. En la gráfica a), y = 1,9 cuando x = 0; y en la b), y = 0 cuando x = 0.

0,6 0,5 0,4

8 Al estudiar el movimiento de un carrito, se han obteni-

0,3

do estos resultados:

0,2

Tiempo (s)

0

2

4

8

16

0,1

Posición (m)

0

20

40

80

160

0

a) Realiza la representación gráfica de los resultados situando la posición en el eje de ordenadas y el tiempo en el de abscisas.

15 10 5 40

80

120

160

x (m)

b) Obtén la expresión matemática que relaciona la posición, x, con el tiempo, t.

5,0

6,0

7,0

0

0,8

Alargamiento (l − l0) (m)

0

0,05 0,15

2,4

4

5,6

6,4

0,25

0,35

0,40

alargamiento (l  l0) (m)

0,20 0,00

e) ¿Qué posición ocupará el carrito a los 32 s? 9 Se cuelga un muelle de un soporte, como se indica en

0,8

2,4

4

5,6

6,4

Longitud de muelle (m)

0,15

0,2

0,3

0,4

0,5

0,55

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

e) Investiga acerca del nombre que recibe la ley que relaciona ambas variables. Es la Ley de Hooke.

la figura, y se anota la longitud del mismo. A continuación se aplican diferentes fuerzas al muelle y se miden estas mediante un dinamómetro. Medimos la longitud del muelle para cada fuerza aplicada y obtenemos los siguientes datos: 0

1,0

d) ¿Qué relación existe entre la fuerza aplicada y el alargamiento producido? La fuerza aplicada y el alargamiento producido son directamente proporcionales.

Estará en la posición x = 320 m.

Fuerza aplicada (N)

fuerza aplicada (N)

0,10

Ha tardado 10 s.

Unidades didácticas

4,0

0,30

Estaría en la posición x = 50 m.

d) ¿Cuánto tiempo ha tardado el carrito en recorrer 100 m?



3,0

Fuerza aplicada (N)

0,40

c) ¿Dónde está el carrito 5 s después de haber comenzado el movimiento?



2,0

c) Representa los datos de la tabla anterior en una gráfica.

La expresión sería: x = 10 t, con x en metros y t en segundos.



1,0

b) ¿Cuánto se ha alargado el muelle al aplicarle cada una de las fuerzas? Con estos datos, completa en tu cuaderno la tabla siguiente:

20

0

fuerza aplicada (N)

La variable independiente es la fuerza aplicada y la dependiente, el alargamiento del muelle.

t (s)



longitud del muelle (m)

f) ¿Qué alargamiento produce una fuerza de 6 N? Produce un alargamiento de 0,375 m. g) ¿Qué fuerza es necesaria para provocar un alargamiento de 0,20 m? Se necesita una fuerza de 3,2 N. h) El dinamómetro es un instrumento de medida. Busca información acerca de su función y su funcionamiento. Se utiliza para medir pesos gracias a la escala que lleva el muelle adosada.

24

Física y Química 3.º ESO

EJERCICIOS, ACTIVIDADES Y TAREAS

El método científico

c) Representa gráficamente la relación entre las variables diferencia de potencial e intensidad.

10 Supón que quieres investigar cómo afecta la densidad a

la capacidad de un cuerpo de flotar en el agua.

I (A)

a) ¿Qué hipótesis realizarías?

30

A mayor densidad de los cuerpos menor es su capacidad de flotar.

20

b) ¿Cómo comprobarías experimentalmente tu hipótesis?

10

Tomaríamos diversos cuerpos de diferentes densidades, algunos con mayor densidad que la del agua y otros con menor densidad y los sumergiría en un mismo recipiente con agua.

5

10

15

20

V (V)

d) ¿Qué relación existe entre estas variables?

c) Identifica en tus experimentos la variable dependiente, la independiente y el control.



La variable independiente es la densidad de los cuerpos, la variable dependiente la capacidad de flotar de los cuerpos y el control es el volumen del cuerpo y el volumen del agua.



Son directamente proporcionales.

e) Investiga qué nombre recibe la ley que relaciona estas variables. Es la ley de Ohm.

f) El voltímetro y el amperímetro son dos instrumentos de medida. Busca información acerca de su función y su funcionamiento.

11 Con un montaje experimental como el de la figura, tra-

tamos de averiguar la resistencia de una bombilla al ser atravesada por diferentes intensidades. El voltímetro mide la diferencia de potencial entre los extremos de la bombilla, y el amperímetro la intensidad de la corriente que circula por ella. Inicialmente, medimos la diferencia de potencial y la intensidad del circuito cuando está conectado a una sola pila. Luego repetimos la experiencia, pero conectando dos, tres y cuatro pilas.

El voltímetro se usa para medir la diferencia de potencial ente los extremos de los receptores de un circuito o de los bornes de la pila o generador. En los circuitos, el voltímetro debe ir en paralelo. El amperímetro se utiliza para medir la intensidad de corriente que circula por esa parte del circuito y se coloca en serie. 12 Escribe en tu cuaderno la respuesta correcta. Si una

nueva observación o un nuevo experimento están en contradicción con una teoría:

a) Hay que admitir la teoría y rechazar la observación o el experimento.

4,5 V

b) La observación es errónea y el experimento falso, porque las teorías son siempre exactas. c) Una vez comprobada la observación o el experimento, hay que modificar la teoría para que resulte acorde a los hechos.

13 Asocia cada uno de estos conceptos con su correspon-

V

diente definición.

A



Hemos obtenido los resultados de esta tabla: 4,5

9

13,5

18

Intensidad (A)

0,9

1,8

2,7

3,6

a) Conjuntos de leyes cuya función primordial es explicar las regularidades que describen dichas leyes. Teoría científica. b) Hipótesis confirmada por múltiples experiencias. Ley científica.

a) Completa en tu cuaderno la tercera fila, en la que aparece la relación entre la diferencia de potencial aplicada y la intensidad obtenida. 5

5

5

Conceptos: Experimentar, hipótesis científica, ley científica, variable, control y teoría científica.

Definiciones:

Diferencia de potencial (V)

Diferencia de potencial/ Intensidad

La respuesta correcta es la c)

c) Repetir la observación de un fenómeno en condiciones controladas. Experimentar. d) Factor determinante cuya modificación provoca cambios en los resultados de un experimento. Variable.

5

b) Identifica las variables dependiente e independiente.

e) Suposición que se refiere a una situación real y que se formula de forma precisa y mediante variables concretas. Hipótesis científica.

La variable independiente es la diferencia de potencial, mientras que la variable dependiente es la intensidad de corriente.

f) Elemento de un experimento que se mantiene invariable y cuya finalidad es comparar los cambios que se producen en el experimento. Control.

Unidades didácticas

25

Física y Química 3.º ESO

1

1

EJERCICIOS, ACTIVIDADES Y TAREAS

El método científico

14 Indica cuál o cuáles de las siguientes afirmaciones son

20 Indica cuáles de estas magnitudes son fundamentales y

verdaderas y redacta las falsas de forma correcta.

cuáles son derivadas.

a) La experimentación es repetir la observación de un hecho o fenómeno en condiciones controladas. Verdadera. b) Tanto en la observación como en la experimentación, el científico controla todas las condiciones. Falsa: En la observación el científico no controla todas las condiciones.

La medida 15 Expresa las siguientes medidas en unidades del SI utili-

zando la notación científica:

d) 2 g/cm3 = 2 ⋅ 103 kg/m3

d) 25 ns = 2,5 ⋅ 10 s

b) 3 mg = 3 ⋅ 10

e) 82 cg = 8,2 ⋅ 10

−6

kg

c) 9 dam = 90 m



kg

Fundamental

O

Presión

O

Velocidad

O

Masa

O

Temperatura

O

Densidad

O

Energía

O O

1 dg de oro puro cuesta 3,132 euros; 1 cg de oro puro cuesta 0,3132 euros. a) 200 cm2 o 2 m2; 2 m2 > 200 cm2

notación científica:

b) 125 cm3 o 0,000 012 5 m3; 125 cm3 > 0,000 0125 m3

a) 0,5 mL = 5 ⋅10−4 L

c) 33,3 mL = 3,33 ⋅ 10−2 L

b) 0,001 mL = 10

d) 10 000 L = 104 L

L

c) 1 800 g o 1,9 kg; 1,9 kg > 1 800 g d) 45 min o 2 600 s; 45 min > 2 600 s

18 Justifica si estas afirmaciones son verdaderas o falsas:

23 Escribe las siguientes cantidades utilizando la notación

a) La velocidad es una magnitud derivada y su unidad es el julio. Falso.

científica:

a) 20 000 000 m = 2 ⋅ 107 m

La velocidad es una magnitud derivada y su unidad es el m/s.

b) 25 000 000 m = 2,5 ⋅ 107 m c) 7 820 000 000 m = 7,82 ⋅ 109 m

b) El volumen es una unidad fundamental y su unidad es el m3. Falso.

d) 0,000 1 = 10−4 s

El volumen es una magnitud derivada y su unidad es el m3.

e) 0,000 035 kg = 3,5 ⋅ 10−5 kg

19 Relaciona en tu cuaderno cada magnitud con su símbo-

f) 0,000 001 m = 10−6 m

lo, su unidad en el SI y el símbolo de esta. Magnitud

Símbolo de la magnitud

Unidad SI

Símbolo de la unidad

Longitud

l

metro

m

Cantidad de sustancia

n

mol

mol

Intensidad luminosa

Iv

candela

cd

Masa

m

kilogramo

kg

Temperatura

T

Kelvin

K

Tiempo

t

segundo

s

Intensidad de corriente

I

Amperio

A

Unidades didácticas

Derivada

22 ¿Qué cantidad es mayor?

f) 40 hm = 4 ⋅ 103 m

17 Expresa las siguientes capacidades en litros utilizando la

−6

i) Superficie

dg y 1 cg de este metal.

−8

−4

h) Longitud

d) Masa

21 Si 1 g de oro puro cuesta 31,32 €, calcula el precio de 1

zando la notación científica: a) 76 hm = 7,6 ⋅ 10 m

c) Velocidad

Longitud

16 Expresa las siguientes medidas en unidades del SI utili3

g) Energía

Intensidad de corriente

e) Los modelos sirven para explicar los fenómenos de forma simplificada. Verdadera.

b) 0,5 cm3 = 5 ⋅ 10−7 m3

b) Presión

Magnitud

d) Una teoría es una ley que ha sido comprobada mediante la observación y la experimentación. Falsa: Una teoría es un conjunto de leyes cuya función principal es explicar las regularidades que describen dichas leyes.

c) 200 km2 = 2 ⋅ 108 m2

f) Densidad

e) Temperatura

c) El objetivo de la experimentación es comprobar las hipótesis formuladas. Verdadera.

a) 0,5 g = 5 ⋅ 10−4 kg

a) Intensidad de corriente

24 Expresa en m/s o km/h las siguientes velocidades:

a) 36 km/h → 10 m/s

d) 18 km/h → 5 m/s

b) 108 km/h → 30 m/s

e) 40 m/s → 144 km/h

c) 3 m/s → 10,8 km/h

f) 23 m/s → 82,8 km/h

25 La luz tarda 8 minutos y 20 segundos en recorrer la dis-

tancia del Sol a la Tierra. Si en un segundo la luz recorre 300 000 km, ¿a qué distancia está el Sol de la Tierra?



8 min 20 s = 500 s; la distancia Sol-Tierra es: 3 ⋅ 105 km ⋅ 500 = 1,5 ⋅108 km.

26 ¿Cuántos minutos y segundos son 5 h 30 min? ¿Cuántos

minutos y horas hay en 18 000 s?



26

5 h 30 min = 5 ⋅ 3 600 + 30 ⋅ 60 = 19 800 segundos; 18 000 s = 18 000 / 3 600 = 5 h Física y Química 3.º ESO

EJERCICIOS, ACTIVIDADES Y TAREAS Los instrumentos de medida

El método científico

34 Fíjate en las siguientes figuras:

27 Dibuja tu regla milimetrada. Explica cómo está dividida

y qué mide cada división. Mide las dimensiones de uno de tus libros de texto.

Respuesta libre.



28 Tienes una probeta sin graduar y dispones de un tubo

de ensayo que puede medir 10 mL. Explica cómo podrías graduar la probeta.



Se vierten 10 mL y se marca el nivel de líquido 10 mL en la probeta. A continuación se vuelven a verter otros 10 mL y se marca el nivel 20 mL en la probeta y así sucesivamente.



29 ¿Cómo medirías el grosor de una hoja de este libro de



Física y Química con una regla milimetrada?



Mediría el grosor de cierto número de hojas y dividiría el valor obtenido entre el número de hojas.



30 Mide con una regla milimetrada las dimensiones de

a) ¿Cuál te parece más precisa, la regla graduada en milímetros o la cinta métrica graduada en centímetros? ¿Por qué? La regla graduada es más precisa que la cinta métrica, porque aprecia milímetros y la cinta solo centímetros.



b) ¿Cuál es la variación más pequeña de temperatura que puede apreciar el termómetro clínico? Aprecia décimas de grado.

este rectángulo y calcula su superficie. Exprésala en cm2 y en m2.



Las dimensiones de este rectángulo son: 29 mm × 14 mm. Su superficie es 406 mm2, es decir, 4,06 cm2 o 4,06 ⋅ 10−4 m2.

c) ¿Cuál de los dos termómetros representados te parece que es más sensible a la hora de realizar una medición? El segundo, pues el primero solo aprecia grados.

31 Queremos medir la longitud de un rollo de alambre de

grosor constante y sabemos que un metro de este alambre tiene una masa de 4,25 g. ¿Qué longitud tiene un rollo de alambre si su masa es de 127,5 g?



35 Responde justificadamente verdadero o falso:

a) El redondeo de 1,47 cm a un valor con solo un decimal significativo es 1,5 cm.

127,5 g / 4,25 g = 30. Por tanto, la longitud del rollo es 30 m.

32 Observa la probeta y responde a

las preguntas.

100 cm3

a) ¿Cuál es su precisión?

90

b) ¿Cuál es el volumen del líquido que contiene? c) ¿Cuál de los tres puntos de vista mostrados en el dibujo es el que debes adoptar para realizar correctamente la medida evitando el error de paralaje?

Sí, porque la cifra 7 es mayor que 5, por lo que el 4 se redondea a 5. b) La medida 1,425 cm tiene 3 cifras significativas.

80 70



60

Falso, tiene 4.

36 Mide, con la ayuda de una cinta métrica, las medidas en

50

centímetros del largo, ancho y alto de tu pupitre. Realiza cada medida tres veces y toma como valor verdadero la media aritmética de las tres. ¿Cuál es el valor de la superficie superior del pupitre?

40 30 20 10 0

a) Su precisión es de 1 cm , o 1 mL. 3

Medida 1

Medida 2

Medida 3

b) Contiene 32 cm3.

Valor verdadero

Largo

c) Se debe medir mirando horizontalmente desde la misma altura a la que alcanza el líquido en la probeta.

Ancho

33 Fíjate en la siguiente ilustración. ¿Cuánto mide el bolí-

Alto

grafo que aparece en el dibujo?





Respuesta libre. Puede aprovecharse esta actividad para introducir a un nivel muy sencillo el cálculo de errores en el procedimiento de medida hasta llegar al «valor verdadero».

37 Para calcular el volumen de un sólido regular, se de-

terminan sus dimensiones características y se utiliza la expresión matemática correspondiente. Calcula el volumen de estos sólidos regulares:

a) ¿Cuántas cifras significativas tiene esta medida? b) ¿Sería correcto decir que un objeto medido con esa regla mide 12,25 cm? Justifica tu respuesta.

a) Esfera de radio 10 cm; V = 4/3 π R3 = 4186,7 cm3

a) Mide 12,2 cm (3 c.s.).

b) Prisma de 5 × 1 × 10 cm; V = a ⋅ b ⋅ c = 50 cm3

b) No sería correcto, porque esa regla no es capaz de apreciar décimas de milímetro. Unidades didácticas

c) Cubo de 2 × 2 × 2 cm; V = a3 = 8 cm3

27

Física y Química 3.º ESO

1

1

EJERCICIOS, ACTIVIDADES Y TAREAS

El método científico

38 La densidad de un cuerpo es una propiedad caracterís-

LEE Y COMPRENDE LA CIENCIA

tica de dicho cuerpo. Tenemos cuatro prismas con estas dimensiones: 1) 5 × 5 × 5 cm; 2) 8 × 5 × 10 cm; 3) 6 × 3 × 10 cm; 4) 5 × 5 × 5 cm; cuyas masas aparecen en esta tabla.





Antes de reemprender su misión, Méchain quiso coordinarse con su colega del norte. Escribió a Delambre para preguntarle cómo llevaba él su diario. ¿Reseñaba los datos por orden de observación o de acuerdo con el orden más apropiado para el cálculo? ¿Reseñaba cada observación o solo los valores resultantes? ¿Cuán-tas lecturas hacía de cada ángulo? «Os hago todas estas preguntas», explicaba Méchain, «para poder seguir el mismo orden que vos y conseguir de ese modo presentar nuestros resultados de modo uniforme».

Completa la tabla en tu cuaderno y averigua si están hechos del mismo material. Prisma

Masa (g)

Volumen (cm3)

Densidad (g/cm3)

1

1 125

125

9

2

3 600

400

9

3

1 620

180

9

4

1 750

125

14

Cuando Delambre recibió esta carta, detalló con mucho gusto sus métodos a su colega. Él registraba siempre sus lecturas en el orden exacto en que las tomaba, en un diario escrito a tinta con las páginas numeradas. Después de eso, era cuando su ayudante copiaba los datos en otro cuaderno en un orden más adecuado para el cálculo. Él siempre anotaba quién realizaba la observación, el instrumento que utilizaba, así como la hora, el tiempo que hacía y cualquier otra circunstancia relevante, incluido un esbozo hecho a mano del emplazamiento con identificación de todos sus rasgos.

Los 3 primeros parecen estar hechos del mismo material, pero el cuarto no.

Ken Alder La medida de todas las cosas. Taurus Historia

MAPA CONCEPTUAL El profesor, para finalizar la unidad, puede trabajar con los alumnos el mapa conceptual correspondiente como resumen. También es muy conveniente ir construyéndolo según se van tratando los distintos epígrafes.

a) Pon un título al texto y haz un breve resumen del mismo. Respuesta libre.

b) ¿Qué cuestiones le plantea Méchain a Delambre acerca PRESENTACIÓN

del procedimiento de medida que van a llevar a cabo?

Del mismo modo, puede ser interesante el uso de la presentación tanto como un recorrido inicial, como al comienzo de cada epígrafe, como al final de la unidad para repasar los contenidos.

Le pregunta a Delambre si reseñaba los datos por orden de observación o de acuerdo con el orden más apropiado para el cálculo. También si reseñaba cada observación o solo los valores resultantes y cuántas lecturas hacía de cada ángulo.

c) ¿Qué le responde Delambre a Méchain? ¿Crees que estos

PRUEBA DE EVALUACIÓN

científicos anotaban sus medidas de manera cuidadosa y sistemática?

Delambre le responde a Méchain que registraba siempre sus lecturas en el orden exacto en que las tomaba, en un diario escrito a tinta con las páginas numeradas. Tras esto, su ayudante copiaba los datos en otro cuaderno en un orden más adecuado para el cálculo. Él siempre anotaba quién realizaba la observación, el instrumento que utilizaba, así como la hora, el tiempo que hacía y cualquier otra circunstancia relevante. Al estar los resultados anotados a tinta en un diario con las páginas numeradas se evitaba el que los datos pudieran ser alterados posteriormente. Así pues, sí eran observaciones rigurosas.

Puede ser interesante distinguir entre los datos cualitativos que tomaban (quién realizaba la observación, el instrumento que utilizaba, el tiempo que hacía y el esbozo hecho a mano del emplazamiento) y los cuantitativos (las lecturas que hacían de cada ángulo).

d) Busca información acerca de la primera definición de

metro que surge como consecuencia de las medidas de Delambre y Méchain y compárala con la definición actual.

La primera definición de metro es la diez millonésima parte del cuadrante del meridiano terrestre que pasa por París. La definición actual es la longitud del camino atravesado por la luz en el vacío durante un intervalo de tiempo de 1/299 792 458 de un segundo, basada en que la velocidad de la luz en el vacío es exactamente 299 792 458 m/s.

   

Unidades didácticas

28

   

Física y Química 3.º ESO

TÉCNICAS DE TRABAJO Y EXPERIMENTACIÓN 1

TÉCNICAS DE TRABAJO Y EXPERIMENTACIÓN

TAREA DE INVESTIGACIÓN

Medida de la densidad de un sólido irregular

volumen

1. Investiga a) Sobre cuáles son las normas de seguridad básicas para trabajar en un laboratorio escolar tanto de Física como de Química.

Medida de la masa con una balanza digital

b) Cuál es el material y el instrumental de laboratorio que vas a utilizar con más frecuencia durante este curso en la materia de Física y Química.

Procedimiento

❚ Una balanza digital

1. Comprueba que la balanza está a cero.

❚ Un vidrio de reloj

2. Deposita el sólido que te haya dado el profesor en un vidrio de reloj limpio y seco que habrás pesado previamente (m1). Anota este valor.

❚ Sólido irregular

www

En esta tarea debes investigar cuáles son las normas de seguridad que hay que respetar en un laboratorio de Física y Química. También debes investigar sobre el instrumental de laboratorio más utilizado.

masa

Para hallar la densidad de un sólido irregular, en primer lugar debemos hallar su masa y, a continuación, su volumen.

Materiales

+

+

www

La seguridad en el laboratorio de Física y Química

Como recordarás del curso anterior, para medir la densidad de un sólido es necesario conocer su masa y su volumen. La densidad viene dada por la siguiente fórmula: densidad =

El método científico

3. Elabora a) Elabora una lista en la que aparezcan claramente redactadas las normas más importantes para trabajar en el laboratorio de Física y Química.

3. El valor numérico que aparece en la balanza (m2) es la suma de la masa del sólido más la del recipiente. Anota este valor.

b) Elabora un cuadro con los pictogramas reglamentarios más comunes que aparecen en el etiquetado de los productos químicos

4. La diferencia entre m1 y m2 es la masa de la sustancia m2 − m1.

c) Redacta unas breves instrucciones sobre lo que hay que hacer en caso de accidente en el laboratorio.

5. Calcula la masa del sólido.

d) Elabora un póster con imágenes del material y de los instrumentos que se utilizan en el laboratorio.

2. Experimenta Comprueba si un termómetro de mercurio o digital está bien calibrado. Para ello el termómetro debe permitir medir temperaturas desde 0 °C hasta 100 °C. Introduce el termómetro en un vaso con hielo y calienta el vaso hasta que el agua hierva.

Medida del volumen de un sólido irregular por desplazamiento de un líquido

Materiales ❚ Una probeta ❚ Agua ❚ Sólido irregular

Pautas de Resolución

Procedimiento 1. Vierte agua en la probeta y anota el volumen, V1. Para evitar el error de paralaje, debes leer el volumen situando los ojos al mismo nivel alcanzado por el líquido. 2. Introduce cuidadosamente el sólido en la probeta y anota el nuevo volumen, V2.

Búsqueda y análisis de la información ❚ Busca información sobre las principales normas para trabajar en un laboratorio de Física y Química. Las puedes clasificadas en: normas generales, normas de evacuación, normas para manipular productos, normas para los residuos y normas para manipular instrumentos. Cada grupo de normas puede ir acompañado de dibujos y fotos relacionadas.

40 cm 3 volumen del sólido 30 cm

3

3. La diferencia entre V2 y V1 es el volumen del sólido que hemos introducido, V2 – V1. 4. Calcula el volumen del sólido.

2. ¿Has elaborado junto a tu grupo las normas de seguridad clasificadas de acuerdo con los criterios sugeridos?

❚ Busca información sobre los pictogramas que aparecen en los envases de los productos químicos.

3. ¿Has elaborado el cuadro con los pictogramas reglamentarios sobre los productos químicos?

Análisis de los resultados

❚ Elabora un póster que incluya los dibujos y las fotografías del instrumental de laboratorio perfectamente identificados y clasificados según su uso.

La densidad del sólido irregular se halla dividiendo la masa del sólido entre su volumen. Halla su valor y expresa el resultado en g/cm3 y en kg/m3.

❚ Elabora otro con los pictogramas reglamentarios que aparecen en los envases de los productos químicos incluyendo la descripción de cada uno de ellos. Presentación y debate de los resultados

Para determinar la densidad de una roca, primero averiguamos, con una balanza, su masa: 10,25 g. A continuación, vertemos agua en una probeta hasta la marca de 20 cm3, introducimos cuidadosamente la roca en la probeta y leemos el nuevo volumen, que es 22,5 cm3. Calcula la densidad de esta roca y exprésala en g/cm3 y en kg/m3.

2

La densidad de un metal es de 21 g/cm3. ¿Cuál es la masa de un cubo de 2 cm de arista fabricado con este metal?

❚ Expón ante tus compañeros las normas de seguridad en el laboratorio y consensuad las medidas de actuación principales en caso de accidente. ❚ Presenta el póster del instrumental de laboratorio y compáralo con los de tus compañeros. Anota las diferencias en el caso de que las hubiera.

Solución: 4,1 g/cm3; 4 100 kg/m3

❚ Haced un simulacro de evacuación del laboratorio y un simulacro de actuaciones en caso de accidente.

Solución: 168 g

28

1. ¿Has realizado la experiencia para saber si un termómetro está bien calibrado?

❚ Busca información sobre el instrumental de laboratorio. Puedes consultar las TÉCNICAS DE TRABAJO Y EXPERIMENTACIÓN que aparecen en cada unidad didáctica y anotar el material y el instrumental que se va a utilizar. También puedes obtener información directamente en el laboratorio de tu centro.

Elaboración de pósteres

1

AUTOEVALUACIÓN Responde a las siguientes cuestiones para evaluar tu trabajo.

4. ¿Conoces las normas de evacuación del laboratorio y lo que hay que hacer en caso de accidente? 5. ¿Has realizado el póster con el material y el instrumental de laboratorio que vas a utilizar durante todo el curso? 6. ¿Conoces el nombre del material y de los instrumentos más frecuentes en el laboratorio de Física y Química?

La materia y sus cambios

1. El método científico

Medida de la densidad de un sólido irregular

Presentación: MATERIAL DE LABORATORIO Una diapositiva con una muestra del material de laboratorio más habitual.

Hay que insistir mucho en que los alumnos eviten el error de paralaje al medir el volumen de un líquido en la probeta. Tras realizar esta técnica de trabajo y experimentación se pueden aplicar los criterios de evaluación:

Práctica de laboratorio: MEDIDA DE LA MASA CON UNA BALANZA DIGITAL MEDIDA DE VOLÚMENES (I Y II)

❚❚ Conocer los procedimientos científicos para determinar magnitudes.

Para reforzar el trabajo propuesto en la práctica del libro del alumno.

❚❚ Reconocer los materiales, instrumentos básicos presentes en el laboratorio de Física y en el de Química. Los estándares de aprendizaje evaluables asociados a esta técnica de trabajo y experimentación son:

Solución de las cuestiones 1 Para determinar la densidad de una roca, primero ave-

❚❚ Describir el proceso de determinación experimental del volumen y de la masa de un sólido para calcular su densidad.

riguamos, con una balanza, su masa: 10,25 g. A continuación, vertemos agua en una probeta hasta la marca de 20 cm3, introducimos cuidadosamente la roca en la probeta y leemos el nuevo volumen, que es 22,5 cm3. Calcula la densidad de esta roca y exprésala en g/cm3 y en kg/m3.

❚❚ Registrar observaciones, datos y resultados de manera organizada y rigurosa, y comunicarlos de forma oral y escrita utilizando esquemas, gráficas, tablas y expresiones matemáticas. ❚❚ Identificar material e instrumentos básicos de laboratorio y conocer su forma de utilización para la realización de experiencias, respetando las normas de seguridad e identificando actitudes y medidas de actuación preventiva.



El volumen de la roca es 2,5 cm3, entonces su densidad es 10,25 g/2,5 cm3 = 4,1 g/cm3 → 4 100 kg/m3.

2 La densidad de un metal es de 21 g/cm3. ¿Cuál es la

❚❚ Participar, valorar, gestionar y respetar el trabajo individual y en equipo.

masa de un cubo de 2 cm de arista fabricado con este metal?

Como cuestión complementaria a las propuestas se puede plantear qué altura alcanza el agua en una probeta al introducir en ella un prisma de 2 × 1,5 × 3 cm, si inicialmente contenía 40 cm3 de agua. Como el volumen del prisma es 9 cm3, el agua alcanzará 49 cm3. Unidades didácticas

29

29



Volumen del cubo es 8 cm3.



Masa del cubo = 21 g/cm3 ⋅ 8 cm3 = 168 g.

Física y Química 3.º ESO

1

1

TAREA DE INVESTIGACIÓN

El método científico

La seguridad en el laboratorio de Física y Química

Se puede dejar que se organicen los propios alumnos u organizar el profesor el grupo de forma que se favorezca el aprendizaje cooperativo, con lo que se logra unir dos estilos de aprendizaje: el cooperativo y el aprendizaje por proyectos o por tareas. Hay que tener en cuenta que alguna parte de la tarea exige el trabajo individual del alumno y su posterior puesta en común.

Conviene resaltar que esta tarea viene evaluada por los siguientes criterios de evaluación: ❚❚ Desarrollar pequeños trabajos de investigación en los que se ponga en práctica la aplicación del método científico y la utilización de las TIC.

En el apartado Investiga se proponen las cuestiones que deben analizar los alumnos para realizar esta tarea. Estos puntos pueden ser modificados por el profesor en función de las características del grupo y los conocimientos previos que tengan sobre estas cuestiones.

❚❚ Reconocer los materiales, instrumentos básicos presentes en el laboratorio de Física y en el de Química; conocer y respetar las normas de seguridad y de eliminación de residuos para la protección del medioambiente.

Es fundamental que los alumnos conozcan las normas de seguridad básicas para trabajar en los laboratorios de Física y Química por lo que si no realizan adecuadamente esta tarea deberemos complementarla con un listado de normas que deberán estar visibles en los laboratorios.

Asimismo se trabajan los siguientes estándares de aprendizaje evaluables: ❚❚ Realiza pequeños trabajos de investigación sobre algún tema objeto de estudio aplicando el método científico, y utilizando las TIC para la búsqueda y selección de la información y presentación de conclusiones.

Asimismo se recomienda hacer un simulacro de evacuación el primer día de permanencia en los mismos. Conviene que identifiquen pronto los pictogramas más comunes que aparecen en los envases de los productos químicos aunque no se vayan a usar inmediatamente.

❚❚ Participa, valora, gestiona y respeta el trabajo individual y en equipo. ❚❚ Reconoce e identifica los símbolos más frecuentes utilizados en el etiquetado de productos químicos e instalaciones, interpretando su significado.

En cuanto a la identificación del material de laboratorio se puede ir completando a lo largo del curso a medida que se vaya utilizando.

❚❚ Identifica material e instrumentos básicos de laboratorio y conoce su forma de utilización para la realización de experiencias, respetando las normas de seguridad e identificando actitudes y medidas de actuación preventiva.

El apartado Autoevaluación sirve tanto para que el alumno evalúe el trabajo que realiza como para que sepa qué se espera que realice. Esto le motivará, fortalecerá su autonomía y le indicará los pasos a seguir.

La Tarea de investigación se va realizando a lo largo de toda la unidad.

Una posible plantilla para evaluar esta tarea podría valorar los siguientes aspectos:

En esta tarea de investigación inicial conviene organizar los grupos de alumnos que van a realizar la mayor parte de las tareas de investigación y las prácticas de laboratorio durante todo el curso.

0

1

2

3

TAREA Has realizado la experiencia para saber si un termómetro está bien calibrado. Has elaborado junto a tu grupo de prácticas las normas de seguridad clasificadas de acuerdo con los criterios sugeridos. Las has acompañado de dibujos alusivos. Has elaborado el cuadro con los pictogramas reglamentarios sobre los productos químicos. Conoces las normas de evacuación del laboratorio y lo que hay que hacer en caso de accidente. Has realizado el póster con el material y el instrumental de laboratorio que vas a utilizar a lo largo de todo el curso. Conoces el nombre de material y de los instrumentos más frecuentes en el laboratorio de Física y en el de Química. 0: No respondido, realizado o colaborado. 1: Solo parcialmente. 2: Casi en su totalidad. 3: Excelente. Unidades didácticas

30

Física y Química 3.º ESO

OXFORD INVESTIGACIÓN

El método científico

Objetivos, contenidos y metodología TIPOS DE RECURSOS Y METODOLOGÍAS UTILIZADAS ˜

Actividades interactivas. Elaboración y comprobación de hipótesis.

™

Búsqueda de información en internet.

u

Visualización de vídeos.

£

Análisis de imágenes.

¢

Análisis de textos (artículos de periódico, artículos científicos).

APARTADOS Observación

OBJETIVOS Y CONTENIDOS Observar problemas planteados en la naturaleza.

METODOLOGÍA ˜

Conceptos: Método científico: planteamiento de problemas. Planteamiento de hipótesis

Proponer ideas que expliquen el problema planteado.

˜

Conceptos: Método científico: formulación de hipótesis. Experimentación

Realizar experimentos bajo condiciones controladas.

˜

Conceptos: Método científico: experimentación. Análisis de resultados

Representar y analizar datos experimentales.

˜

Conceptos: Análisis de resultados, interpretación de gráficas. Tarea de investigación

Contrastar hipótesis y formular teorías.

˜

Conceptos: Método científico: contraste de hipótesis, formulación de teorías.

Unidades didácticas

31

Física y Química 3.º ESO

1

1-5, 8, 15, 33, 34 AF: 1-4, 10, 12-14 6, 7, 9-14 AF: 5-11

16-23 AF: 15-26

24-32 AF: 9, 11, 27-35

AF: 36-38

33 LyCC

TI

1.2. Registra observaciones, datos y resultados de manera organizada y rigurosa, y los comunica de forma oral y escrita utilizando esquemas, gráficas, tablas y expresiones matemáticas.

2.1. Establece relaciones entre magnitudes y unidades utilizando, preferentemente, el SI y la notación científica para expresar los resultados.

3.1. Identifica material e instrumentos básicos de laboratorio y conoce su forma de utilización para la realización de experiencias.

4.1. Relaciona la investigación científica con las aplicaciones tecnológicas en la vida cotidiana.

5.1. Selecciona, comprende e interpreta información relevante en un texto de investigación científica y transmite las conclusiones obtenidas utilizando el lenguaje oral y escrito con propiedad.

5.2. Identifica las principales características ligadas a la fiabilidad y objetividad del flujo de información existente en internet y otros medios digitales.

Herramientas de evaluación (actividades del LA)

1.1. Formula hipótesis para explicar fenómenos cotidianos utilizando teorías y modelos científicos.

Estándar de aprendizaje evaluable

Unidades didácticas

32 Filtra, prioriza y resume con criterio las fuentes de información.

Asimila adecuadamente la información y la transmite con sus propias palabras de forma clara y rigurosa.

Argumenta de manera adecuada las relaciones, identificando multitud de aplicaciones.

Expone o realiza con claridad el proceso, identificando todos los elementos importantes.

Gestiona con dificultad las fuentes de información.

Asimila parcialmente la información. Expone las conclusiones de manera algo incompleta.

Argumenta de manera incompleta las relaciones, identificando bastantes aplicaciones.

Expone el proceso de manera algo incompleta, aunque válida, identificando bastantes de los elementos importantes.

Argumenta de manera adecuada las relaciones, cometiendo algunos errores en su expresión.

Recopila y expone los datos y resultados, aunque con cierto desorden o escasa versatilidad.

Explica los conceptos de manera algo incompleta, aunque válida, identificando bastantes de los elementos importantes y sus relaciones.

Satisfactorio 2

No es capaz de gestionar adecuadamente la información.

Asimila pocas de las ideas fundamentales o no las asimila adecuadamente ni las transmite con propiedad.

Presenta errores en la argumentación. No es capaz de identificar muchas aplicaciones.

Expone el proceso con errores, identificando pocos de los elementos importantes.

Argumenta de manera incompleta las relaciones y comete errores al expresarlas.

Recopila y expone los datos y resultados, aunque de modo incompleto y desordenado.

Explica los conceptos con errores, identificando pocos de los elementos importantes y sus relaciones.

En proceso 1

Responde de manera totalmente errónea o no responde.

Responde de manera totalmente errónea o no responde.

Responde de manera totalmente errónea o no responde.

Responde de manera totalmente errónea o no responde.

Responde de manera totalmente errónea o no responde.

Responde de manera totalmente errónea o no responde.

Responde de manera totalmente errónea o no responde.

No logrado 0

Puntos

El método científico

Argumenta de manera adecuada las relaciones y las expresa sin errores.

Recopila y expone de manera adecuada los datos y resultados, con orden y rigor y en variedad de modalidades.

Explica de manera adecuada los conceptos, identificando todos los elementos importantes y sus relaciones.

Excelente 3

1 RÚBRICA DE ESTÁNDARES DE APRENDIZAJE

Física y Química 3.º ESO

Unidades didácticas

33

TTyE TI

TI

TI

6.2. Identifica material e instrumentos básicos de laboratorio y conoce el procedimiento de utilización, respetando las normas de seguridad e identificando actitudes y medidas de actuación preventiva.

6.3. Realiza un trabajo de investigación sobre la seguridad en los laboratorios de Física y Química, utilizando las TIC para la búsqueda y selección de información y para presentar las conclusiones.

6.4. Participa, valora, gestiona y respeta el trabajo individual y en equipo.

Responde afirmativamente todas las preguntas de la autoevaluación de la tarea.

Gestiona con criterio las fuentes de información y presenta conclusiones claras y ordenadas en los formatos adecuados.

Elige correctamente el material necesario para su investigación, mostrando conocimiento y respeto por las normas de seguridad en el laboratorio.

Completa correctamente la tabla de análisis de resultados y resuelve bien todas las actividades.

Responde afirmativamente la mayoría de las preguntas de la autoevaluación de la tarea.

Gestiona con dificultad las fuentes de información y presenta las conclusiones con poca claridad y orden.

Elige el material necesario para su investigación, con algunos errores, mostrando conocimiento parcial de las normas de seguridad en el laboratorio.

Completa la tabla de análisis de resultados con algún fallo leve y resuelve bien casi todas las actividades.

Responde negativamente la mayoría de las preguntas de la autoevaluación de la tarea.

No es capaz de gestionar la información ni de presentar las conclusiones adecuadamente.

Elige erróneamente en la mayoría de los casos el material necesario para su investigación, mostrando desconocimiento de las normas de seguridad en el laboratorio.

Completa la tabla de análisis de resultados con bastantes fallos y resuelve mal la mayoría de actividades.

Responde de manera totalmente errónea o no responde.

Responde de manera totalmente errónea o no responde.

Responde de manera totalmente errónea o no responde.

Responde de manera totalmente errónea o no responde.

AF: Actividades finales (Ejercicios, actividades y tareas del final de la unidad); LyCC: Lee y comprende la ciencia; TTyE: Técnicas de trabajo y experimentación; TI: Tarea de investigación.

TTyE

6.1 Realiza un trabajo de experimentación aplicando el método científico para determinar la densidad de un sólido irregular.

RÚBRICA DE ESTÁNDARES DE APRENDIZAJE El método científico

Física y Química 3.º ESO

1

1

PRUEBA DE EVALUACIÓN A

El método científico

1. ¿En qué se parecen la observación y la experimentación? ¿Qué otras etapas del método científico conoces?

5. Expresa las siguientes medidas en unidades del SI utilizando la notación científica: a) 25 mg = 2,5 ⋅ 10−5 kg

La experimentación es la observación de un fenómeno en condiciones controladas. Otras etapas son: la emisión de hipótesis, el análisis de resultados y la formulación de leyes y teorías.

b) 125 cm3 = 1,25 ⋅ 10−4 m3 c) 1 ms = 10−3 s d) 6 400 km = 6,4 ⋅ 106 m

2. Distingue entre los siguientes términos: a) Variable dependiente, variable independiente y control.

e) 400 km3 = 4 ⋅ 1011 m3

La variable independiente es aquella que se va modificando de manera controlada durante un experimento; la variable dependiente es la que varía a medida que se modifica la variable independiente, y el control es un elemento del experimento que se mantiene constante para poder comparar los cambios que se producen en él.

g) 55 km2 = 5,5 ⋅ 107 m2

f) 10 cm2 = 10−3 m2 6. Observas que el agua de un recipiente se evapora transcurrido cierto tiempo y quieres averiguar qué relación existe entre la superficie del recipiente, la temperatura de la habitación y el tiempo de evaporación. ¿Qué hipótesis plantearías? ¿Qué experimentos diseñarías para comprobar estas hipótesis?

b) Ley científica, teoría científica y modelo. Una ley científica es una hipótesis confirmada; una teoría científica es un conjunto de leyes que explica las regularidades que describen dichas leyes, y un modelo es una explicación simplificada de la realidad.



Experimento: Medir la cantidad de agua que se evapora en dos recipientes de superficie diferente, situados en el mismo lugar y durante el mismo tiempo.

3. En una carrera se han medido los tiempos que tarda en pasar un corredor por diferentes puntos de la pista. Los resultados se recogen en la siguiente tabla: Tiempo (s)

0

10

20

30

40

Espacio (m)

0

40

80

120

160

1. Hipótesis: Una mayor superficie del recipiente favorece la evaporación.



2. Hipótesis: Una mayor temperatura favorece la evaporación.

Experimento: Medir la cantidad de agua evaporada en dos recipientes iguales durante el mismo tiempo pero a diferente temperatura ambiente.

a) Representa gráficamente estos resultados.



t (s)

3. Hipótesis: La evaporación aumenta a medida que transcurre el tiempo.

Experimento: Medir la cantidad de agua que se evapora en dos recipientes iguales situados en el mismo lugar pero durante intervalos de tiempo diferentes.

40 30

7. Tenemos un prisma de metal de 2 cm de largo 1,5 cm de ancho y 3 cm de alto.

20

a) ¿Cuál es el volumen de este prisma?

10

V = a ⋅ b ⋅ c = 2 cm ⋅ 1,5 cm ⋅ 3 cm = 9 cm3 0

40

80

120

160

x (m)

b) Se introduce el prisma en una probeta que contiene 25 cm3 de agua ¿Qué altura alcanzará el agua en la probeta?

b) ¿Qué espacio recorre el corredor en 25 s?

25 cm3 + 9 cm3 = 34 cm3

En 25 s recorre 100 m.

8. La masa del anterior prisma de metal es 70,83 g. Consulta la siguiente tabla de densidades e indica de qué metal está hecho el prisma.

c) ¿Qué tiempo necesita para recorrer 180 m? Para recorrer 180 m necesita 45 s. 4. Indica el nombre de cinco magnitudes fundamentales del Sistema Internacional, especificando sus unidades respectivas y señalando el nombre de un instrumento de medida para cada una de ellas. Magnitud fundamental

Unidad

Densidad (g/cm3)



Instrumento de medida

Longitud

metro

Regla

Masa

kilogramo

Balanza

Intensidad de corriente

amperio

Amperímetro

Tiempo

segundo

Cronómetro

Temperatura

kelvin

Termómetro

Unidades didácticas

Metal

Estaño

Níquel

Hierro

7,31

8,9

7,87

La densidad del prisma es 70,83 g/9 cm3 = 7,87 g/cm3. El prisma es de hierro.

9. Indica cuál de estas medidas es mayor: a) 1 500 g o 1,6 kg; 1,6 kg b) 1,8 m o 2 000 mm; 2 000 mm c) 2 500 m o 2 km; 2 500 m d) 2 g/cm o 2 000 kg/m3; son iguales. e) 150 minutos o 2 horas; 150 minutos

34

Física y Química 3.º ESO

PRUEBA DE EVALUACIÓN B

El método científico

Lee este texto y contesta a las preguntas: ¿Qué es una clasificación? Pues, para empezar, un conjunto de clases en una de las cuales, y solo en una, encaja siempre cualquier hecho u objeto. Supongamos que tenemos una buena clasificación de hecho u objetos (una teoría). Cada nuevo hecho u objeto supone un reto entre la teoría y la experiencia. Pueden ocurrir cuatro cosas: 1. El hecho o el descubrimiento encaja en una sola clase y la teoría vigente se confirma. 2. Un hecho no encaja en ninguna clase y hay que ampliar la teoría vigente. 3. Un hecho encaja en dos clases diferentes y hay que corregir la teoría vigente. 4. Una clase permanece vacía y eso equivale a una predicción de la teoría vigente. El hecho o descubrimiento manda sobre el concepto clase; un solo hecho es suficiente para cambiar toda una teoría. En cualquiera de estos casos se gana en conocimiento. J. Wagensberg «Clasificar» Mundo Científico, nov de 2000 (Adaptación)

1. ¿Cuáles son las etapas comunes de cualquier investigación científica?

6. ¿Qué ocurre si un nuevo hecho o descubrimiento no encaja en la teoría vigente?



Las etapas comunes de cualquier investigación científica son la observación, las hipótesis, la experimentación, los análisis de los resultados y el enunciado de leyes y teorías.



2. ¿En qué etapa surge la necesidad de clasificar hechos u objetos?





7. Si una teoría sugiere una predicción, ¿cómo la comprobarías?



Un experimento es una forma especializada de observación; es una observación dirigida. Mientras que la observación es el análisis, la comparación y la clasificación de fenómenos. Una teoría constituye un conjunto de leyes cuya función es explicar las regularidades que describen dichas leyes.

5. De acuerdo con el texto, ¿qué le puede suceder a una teoría cada vez que aparece un nuevo hecho o descubrimiento?

Le pueden ocurrir cuatro cosas:



1. El hecho o el descubrimiento encaja en una sola clase y la teoría vigente se confirma.



2. Un hecho no encaja en ninguna clase y hay que ampliar la teoría vigente.



3. Un hecho encaja en dos clases diferentes y hay que corregir la teoría vigente.



4. Una clase permanece vacía y eso equivale a una predicción de la teoría vigente, que habrá que tratar de confirmar mediante nuevos experimentos.

Unidades didácticas

Una ley es una hipótesis confirmada.

9. Copia y completa el siguiente cuadro en tu cuaderno:

4. ¿Qué es una teoría científica?

Se diseñaría un experimento para comprobarla.

8. ¿Qué nombre recibe una hipótesis confirmada?

En la observación, ya que lleva apareada la clasificación de hechos o fenómenos.

3. ¿Qué diferencia hay entre observación y experimentación?

Hay que ampliar o modificar la teoría vigente.

Magnitud

Unidad

Instrumento

Longitud

metro

Regla

Masa

kilogramo

Balanza

Tiempo

segundo

Cronómetro

Temperatura

kelvin

Termómetro

10. Tenemos una probeta cuyas divisiones corresponden a 10 mL. ¿Podemos utilizar esta probeta para medir capacidades en torno a los 5 mL?

No, pues su precisión es 10 mL.

11. Expresa en kg/m3 la densidad del oro y de la plata.

35



Datos: densidad del oro: 19 g/cm3; densidad de la plata: 10 g/cm3.



Densidad del oro = 19 000 kg/m3; densidad de la plata = 10 000 kg/m3.

Física y Química 3.º ESO

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