Introducción a la Física 2015

La ciencia

La ciencia es hoy en día una de las construcciones humanas más prestigiosas y potentes. Es una

actividad creadora cuyos productos han modificado fuertemente la vida de las sociedades

actuales. La construcción de lo que se llama conocimiento científico ha llevado cientos de años y

son muchos los nombres asociados, por ejemplo, al desarrollo de la física: Pitágoras, Ptolomeo,

Copérnico, Tycho Brae, Kepler, Galileo, Newton, Joule, Maxwell, Rutherford, Einstein, Bohr. Pero la

ciencia no es sólo una colección de hechos, leyes o experiencias. La ciencia aborda una porción de

la naturaleza, “del mundo que nos rodea”, trata de comprenderlo, explicar su funcionamiento y

predecir su comportamiento. Es importante advertir que la construcción de explicaciones

validadas sobre ciertos fenómenos es una parte esencial del conocimiento científico. Además, en

la comunidad científica y con el tiempo, el conocimiento adquiere un sentido en el marco

conceptual específico de la ciencia correspondiente.

Thomas Kuhn (citado en Gil S., 2014) introduce un concepto importante, que ayuda a reflexionar

sobre qué es la ciencia. Se trata del concepto de paradigma.

Paradigma es el conjunto de teorías, técnicas, leyes, lenguaje, valores,

métodos que la comunidad científica acepta en un dado momento.

Los científicos hacen uso de los elementos del paradigma vigente para estudiar nuevos hechos o

fenómenos (Gil S., 2014).

Hoy en día los productos de la ciencia están cada vez más presentes en la vida cotidiana. Los

ingenieros utilizan técnicas y conocimiento científico en múltiples desarrollos. Pero deben manejar

material científico cada vez más complejo y cambiante. Es por eso que ya en el siglo XX hacen su

aparición los tecnólogos. Ellos están cercanos a los científicos, atentos a los avances en las

fronteras del conocimiento pero más interesados en nuevos usos de la ciencia, que en la ciencia

misma (Rogers E.M., 1960). El científico en cambio, centra su interés en la ciencia misma,

reproduciendo experiencias, planificando nuevas, proponiendo y comprobando hipótesis.

Ciencias formales y ciencias fácticas. Hipótesis, leyes y teorías.

Se pueden diferenciar dos tipos de ciencias: las ciencias formales y las ciencias fácticas.

Las ciencias formales, como la matemática o la lógica, se ocupan de entes abstractos, definidos en

el marco de la propia ciencia. Es decir que los elementos que estudia han sido construidos por la

propia ciencia, por ejemplo el punto o la recta.

La física, la química, la biología y la geología son ciencias fácticas. Los elementos de que se ocupan

las ciencias fácticas son objetos del mundo real, externos a la ciencia. Aunque a veces, en sus

planteos las ciencias fácticas utilizan objetos idealizados, se dedican a observar una porción de la

naturaleza. Observan hechos, los organizan y tratan de encontrar comportamientos comunes. Por

Introducción a la Física 2015

ejemplo “los metales son buenos conductores” o “un resorte se estira o contrae de acuerdo a la

fuerza aplicada”. Es decir, se buscan regularidades y sobre ellas hacen inferencias o deducciones,

se plantea una regla o enunciado. A veces el enunciado o regla alcanza el estatus de ley y

ocasionalmente de principio (Rogers E. M., 1960).

Como se ve, en estas búsquedas o análisis, la experimentación juega un papel fundamental. El

observador/científico lleva adelante experiencias para rechazar o aceptar las inferencias,

conjeturas o hipótesis que realiza. Es decir que las hipótesis son contrastadas con los resultados de

experiencias planificadas.

Las hipótesis son conjeturas o enunciados propuestos por el científico teniendo en cuenta lo que

observó o lo que conoce sobre el tema. Una especie de “corazonada” sobre cómo ocurre el

fenómeno en la naturaleza. Hay un ejercicio especulativo en esta etapa: el científico infiere o

imagina relaciones entre las variables observadas. Para proponer la hipótesis el científico pone en

juego su imaginación y su experiencia en el tema. El científico, entonces, planifica nuevas

experiencias con el propósito de mantener su hipótesis. Es decir que las hipótesis son enunciadas

en el contexto de alguna teoría vigente o de conocimiento que se maneja.

Una ley es un enunciado general que relata cómo se comporta la naturaleza. Muchas veces, las

leyes físicas sólo establecen la relación entre dos variables: fuerza/aceleracion; presión/volumen;

campo eléctrico/carga electrica.

Las teorías son grandes esquemas de pensamiento en las que hipótesis se han validado

experimentalmente. Las teorías contienen las ideas especulativas, el tratamiento general,

conceptos principales y secundarios, conceptos nuevos y sus definiciones, reglas y/o leyes.

Karl Popper (en Gil S., 2014) sostuvo que las teorías científicas son hipótesis a partir de las cuales

se pueden deducir enunciados que se comprueban mediante la observación. Si los resultados de

las experiencias contradicen los enunciados, la teoría se rechaza. En cambio, si los resultados

coinciden con lo que se ha enunciados la teoría se acepta en forma provisional. Según Popper, las

teorías científicas nunca alcanzan el estatus de verdades absolutas, sino que son provisionales o

temporarias. Mario Bunge (citado en Pro Ciencia 1987) dice que las ciencias fácticas son

perfectibles ya que su verificación siempre puede mejorarse. En cambio las ciencias formales

demuestran o prueban sus hipótesis. La demostración es completa y final, en cambio la

verificación es siempre incompleta y por ello temporaria.

Una buena teoría crece desde una conjetura o hipótesis hasta un sistema teórico que se ajusta

bien a hechos observables y medibles. Cuantos más resultados medidos coincidan con lo que

predice la teoría más consistente se vuelve, “nosotros creemos más en ella”, decimos. “No puede

estar equivocada”. La hipótesis, la regla, la ley o la teoría quedan validadas. Los científicos tratan

de acumular elementos que prueben sus suposiciones multiplicando los casos favorables, tratan

así, de validarlos.

Introducción a la Física 2015

La teoría gravitacional de Newton comenzó con una serie de supuestos: las propiedades

vectoriales de las fuerzas y de los movimientos, el comportamiento de objetos desde el punto de

vista de la cinemática, la fuerza gravitatoria proporcional a la masa, la ley de la inversa del

cuadrado de la distancia, la geometría Euclidiana. Algunas fueron propuestas como definiciones,

otras extraídas de la experimentación pero son presentadas como una teoría deductiva, un

“paquete” de conocimiento que se despliega paso a paso. Newton además desarrolla una

explicación completa del sistema solar haciendo uso de su teoría. Vincula muchos conocimientos

científicos conocidos en la época valiéndose de ella: el movimiento de la Luna, las Leyes de Kepler,

el movimiento de las mareas, el movimiento de los comentas, etc. En algún caso, Newton descartó

supuestos iniciales que no resistieron las pruebas experimentales. La teoría es entonces un

conjunto complejo de elementos reunidos por el conocimiento inductivo que se aplica para

predecir cómo evolucionaría algún fenómeno natural (Rogers, E. M., 1960).

El método científico

En el devenir del desarrollo de la ciencia, los científicos se aproximan a su objeto de estudio y

construyen conocimiento de muchas maneras. A veces comienzan especulando libremente; otras

construyen un modelo matemático que responda al fenómeno y luego hacen pruebas

experimentales; a veces reúnen información experimental y están atentos a datos novedosos;

otras planifican y llevan adelante un gran experimento y obtienen resultados directos o de análisis

estadísticos de potentes instrumentos. Otras manejan información muy rica y llevan adelante

análisis paso a paso con inferencias lógicas y sólo ocasionalmente hacen un test experimental.

Se puede ver que no existe un único método científico. Sin embargo hacia el año 1600 Francis

Bacon difundió una serie de pasos como el procedimiento formal de un científico:

Hoy en día podríamos enriquecer el esquema de Bacon, siguiendo en parte las ideas de Popper

(tomado de Gil S. y Rogers E.M).

• Hacer observaciones y registrar los hechos

• Desarrollar muchas experiencias y tabular los resultados

• Extraer reglas y leyes por inducción o razonamiento.

Introducción a la Física 2015

El último paso, la comunicación o publicación de la experiencia, de su marco teórico y de los

resultados requieren que los físicos manejen un lenguaje común y que las magnitudes físicas sean

expresadas teniendo en cuenta ciertos formatos y unidades.

El proceso de medición y la incerteza

Como se vio, la física necesita confrontar sus resultados teóricos - aquellos que surgen de la

aplicación de una ley o regla - con la experiencia, con lo que ocurre en el mundo natural. Para ello

el científico u observador debe medir cantidades o variables físicas y expresar los resultados de la

medición de modo que pueda comparar sus resultados. El proceso de medición es un

procedimiento experimental de gran importancia en la física.

Cuando un experimentador se aboca a medir una cierta magnitud física, lo hace en el contexto de

una cierta teoría. Según la magnitud que desea medir elige el método que va a seguir, los

materiales que necesita incluyendo el/los instrumento/s adecuado/s.

Medir es aplicar el instrumento elegido al objeto en estudio para comparar un valor de referencia

– que está de alguna manera considerado en el instrumento – con la cantidad de la magnitud

contenida en él.

Pregunta u observación

Formulación de una hipótesis (o un supuesto que puede ser especulativo). Analizar las consecuencias de la hipótesis

de acuerdo a las reglas conocidas

Planear y desarrollar experiencias para testear las consecuencias de la hipótesis. La hipótesis se somete a

prueba

Si los resultados contradicen la hipótesis: se rechaza la

hipótesis

Proponer una nueva

hipótesis

Escribir informe o publicar para conocimiento de la comunidad

científica

Los resultados confirman la hipótesis : se acepta la

hipótesis

Introducción a la Física 2015

En la foto, por ejemplo, se muestra el proceso de medición de la longitud de una barra metálica

con una cinta dividida en milímetros. El observador se encuentra con varias dudas al momento de

anotar el valor observado.

1. ¿Es válido tomar como extremo de la barra el punto más sobresaliente a la derecha?

2. Si considero que ese punto es efectivamente el extremo de la barra, el valor leído ¿es

100,8cm o 100,9cm?

3. ¿Qué ocurriría si la cinta tuviera divisiones de a centímetros en lugar de a milímetros?

Este sencillo ejemplo sirve para dar cuenta que el preceso de medición, en sí mismo, está

acompañado de incertezas y que lo que se obtiene al aplicar el instrumento es lo que se llama

“valor medido”.

Por otra parte, esta última afirmación nos lleva a decir que no es posible conocer el valor

verdadero de la magnitud estudiada. A partir de la medición o mediciones realizadas podremos

conocer el “mejor valor” de la medición pero no el valor verdadero.

Las incetezas que acompañan al proceso de medición en la física tienen diversos orígenes, de

acuerdo a de que tipo de medición se trate.

Bibliografía

Rogers Eric M. (1969). Physics for the inquiring mind. The methods, nature, and philosophy of physical science. Princeton, New Jersey. Princeton University Press.

Pro Ciencia CONICET. (1987) Física. Su enseñanza. ISBN 950-687-010-1. Gil Salvador. (2014). Experimentos de Física. Usando TICs y elementos de bajo costo. Iera Edición.

Alfaomega Grupo Editor. ISBN 978-987-1609-77-22. CABA. Giancoli Dougla C. (1997).Física. Principios con aplicaciones. 4ta Edición. Prentice Hall

Hispanoamericana S.A. México. ISBN 968-880-898-9.